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加工農業(yè)生產體系玻璃的激光機切割技術研究

來源:中國玻璃網 2014/10/9 13:39:47

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中玻網】加工農業(yè)生產體系玻璃的激光機切割速度快、精度高,定位準確?缮a工藝禮品、面板鏡片機箱、模型玩具、廣告燈箱招牌展示用品、包裝盒等。  

        ①切割效果好:切口不用火拋,非常光滑、光亮,沒有鋸齒紋,可一次性切割壓克力厚度20mm  

        ②激光質量好、壽命長:國產機中較好的激光管,不但性能穩(wěn)定,壽命也很長(約8~14個月),功率85W,包用半年  

        ③整機性能優(yōu)越:可每天24小時連續(xù)不停機工作,寶島原裝導軌,準確耐用  

        ④切割速度快:如用于切割3mm厚度的壓克力板材粵銘激光行業(yè)應用解決方案  

        激光應用于切割和焊接薄金屬板已有30年了,通過聚焦光束局部地加熱材料。這種方法靈活性好,經濟效益高,在很多工業(yè)應用領域大放異彩。其實玻璃有比金屬更低的熱傳導,所以激光應該可以順理成章地應用于玻璃的切割。事實上,一些公司早在70年代即開始發(fā)展成套系統(tǒng),當時使用的是千瓦輸出功率水平的CO2激光器。但是,因為功率水平高,對玻璃造成不容忽視的熱影響,以致融化局部材料,所以當時的激光切割技術難以保證整齊、平滑的切割邊緣,在許多應用場合中,仍然需要打磨切割邊緣。同時,當時CO2激光器的價格非常昂貴,令人生畏;涖懠す庑袠I(yè)解決方案  

        激光引致分離  

        近來,一些工程人員和學者發(fā)現(xiàn)了應用較低功率的激光器使玻璃分離,同時不對玻璃造成融化等熱影響的玻璃切割方法。這種方法說來復雜,涉及細節(jié)技術很多,其基本原理是利用激光引致的應力使玻璃"分離"。期間,得益于封離型CO2激光器技術的發(fā)展和成熟,激光切割玻璃技術更顯得經濟、實用。  

        在我們的研究中,使用平均輸出功率為150W的CO2激光器(Coherent公司的K-150型),通過聚焦光路在玻璃表面形成橢圓型的聚焦點,橢圓的聚焦焦點保證了激光能量在切割線兩側的均勻的和較優(yōu)化的分布。玻璃強烈地吸收10.6微米的激光,所以幾乎所有的激光能量都被玻璃表面15微米吸收層所吸收,相對玻璃表面移動激光光點形成所需的切割線。選擇合適的移動速度,保證既有足夠的激光熱量在玻璃上形成局部的應力紋樣分布(設定的切割線),同時又不會將玻璃融化。  

        激光切割中另一個關鍵部件是淬火氣(水)嘴,隨著激光光點的移動,淬火氣(水)嘴將冷空氣(水)吹到玻璃表面,對受熱區(qū)域進行快速淬火,玻璃將沿著應力非常大的方向產生斷裂,從而將玻璃沿著設定的方向分離;涖懠す獾窨虣C切割機打標機  

        需要說明的是,為了引發(fā)玻璃產生斷裂,需要首先用機械法在切割線的起點劃出微小的起始裂痕。  

        選擇不同的激光功率、光點掃描速度等加工參數(shù),應力引致的斷裂高層度可達100微米到數(shù)毫米,意味著使用激光法可一步切割高層度為100微米到數(shù)毫米的玻璃。  

        因為這個過程依賴于熱致機械應力,斷裂高層度和切割速度與材料本身的膨脹系數(shù)很有關系。一般說來,適用于激光法進行切割的玻璃的膨脹系數(shù)較小應為3.2x10-6K-1,所幸的是,多數(shù)普通玻璃都滿足這個要求。  

         與傳統(tǒng)的機械切割法相比,這種新的方法有幾個重要的優(yōu)點。首先,這是一步即可完成的、干燥的加工過程。邊緣光滑整齊,不需要后續(xù)的清潔和打磨。并且,激光引致的分離過程產生高度度、自然回火的邊緣,沒有微小裂痕。使用這種方法,避免了不可預料的裂痕和殘破,降低了次品率,提高了產量。邊緣質量  

        定性地描述在一張1.5毫米厚的玻璃片上三個不同的切痕之間的動態(tài)差異。玻璃切割的邊緣干凈沒有裂片和裂痕,不需要后續(xù)處理工序。因為激光是非接觸工具,沒有工具的磨損問題,從而可保證持續(xù)、均勻的切割厚度和邊緣質量。作為比較,3(b)顯示了使用金屬輪進行切割的邊緣,可以看到沿著切割線存在各種殘余張力成份。3(c)是金剛石砂輪切割的結果,可看到很多微小的裂痕,對于許多應用來說,需要打磨切割邊緣。

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