新闻 - 标准金属切割工艺:激光切割与水刀切割

标准金属切割工艺:激光切割与水刀切割

标准金属切割工艺:激光切割与水刀切割

激光制造活动目前包括切割、焊接、热处理、熔覆、气相沉积、雕刻、划线、修整、退火和冲击硬化。激光制造工艺在技术和经济上都与传统和非传统制造工艺(例如机械加工和热加工、电弧焊、电化学加工、电火花加工 (EDM)、磨料水射流切割、等离子切割和火焰切割)展开竞争。

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水刀切割是一种利用高达每平方英寸60,000磅(psi)的高压水射流切割材料的工艺。通常,水会与石榴石等磨料混合,以便更精确地切割各种材料,并确保切口平整、边缘光洁度高。水刀切割可加工多种工业材料,包括不锈钢、因科镍合金、钛、铝、工具钢、陶瓷、花岗岩和装甲钢板。该工艺会产生较大的噪音。

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下表对工业材料加工中采用 CO2 激光切割工艺和水刀切割工艺进行金属切割进行了比较。

§ 基本过程差异

§ 典型工艺应用和用途

初始投资和平均运营成本

§ 工艺精度

§ 安全注意事项和操作环境

 

 

基本过程差异

主题 二氧化碳激光器 水刀切割
能量传递方法 光强 10.6 米(远红外范围)
能源来源 气体激光器 高压泵
能量是如何传递的 镜面引导光束(飞行光学);光纤传输
适用于二氧化碳激光
刚性高压软管传递能量
切割材料的排出方式 气体喷射,加上额外的气体,将材料排出 高压水射流将废料排出
喷嘴与材料之间的距离及最大允许公差 大约 0.2 英寸 0.004 英寸,需要距离传感器、调节装置和 Z 轴。 大约 0.12 英寸至 0.04 英寸,需要距离传感器、调节装置和 Z 轴。
物理机器设置 激光源始终位于机器内部。 工作区域和水泵可以分开布置。
桌子尺寸范围 8英尺 x 4英尺至20英尺 x 6.5英尺 8′ x 4′ 至 13′ x 6.5′
工件处的典型光束输出 1500至2600瓦 4至17千瓦(4000巴)

典型工艺应用及用途

主题 二氧化碳激光器 水刀切割
典型工艺用途 切割、钻孔、雕刻、烧蚀、结构化、焊接 切割、消融、结构化
3D材料切割 由于刚性光束导向和距离调节的限制,实现起来比较困难。 部分可能性存在,因为工件背后的残余能量会被破坏。
可通过该工艺切割的材料 所有金属(高反射金属除外)、所有塑料、玻璃和木材都可以切割 所有材料都可以通过这种方法切割。
材料组合 熔点不同的材料几乎无法切割。 有可能,但存在分层的风险。
带空腔的夹层结构 二氧化碳激光器无法做到这一点。 能力有限
在通道受限或受阻的情况下切割材料 由于距离短和激光切割头体积大,这种情况很少发生。 由于喷嘴与材料之间的距离较小,因此受到限制。
影响加工的切割材料特性 材料在 10.6 米处的吸收特性 材料硬度是关键因素
切割或加工经济效益最高的材料厚度 根据材料不同,尺寸约为 0.12 英寸至 0.4 英寸。 约0.4英寸至2.0英寸
该过程的常见应用 用于钣金加工的中等厚度扁钢板的切割 切割较厚的石材、陶瓷和金属

初始投资和平均运营成本

主题 二氧化碳激光器 水刀切割
初始资本投资要求 30万美元,配备一台20千瓦的水泵和一张6.5英尺×4英尺的桌子 30万美元以上
易损件 防护玻璃,气体
喷嘴,以及灰尘和颗粒过滤器
水射流喷嘴、聚焦喷嘴以及所有高压部件,例如阀门、软管和密封件。
整套切割系统的平均能耗 假设使用一台1500瓦的二氧化碳激光器:
用电量:
24-40千瓦
激光气体(CO2、N2、He):
2-16 升/小时
切割气体(O2、N2):
500-2000 升/小时
假设水泵功率为 20 kW:
用电量:
22-35千瓦
水:10 升/小时
磨料:36 公斤/小时
切割废料的处理

工艺精度

主题 二氧化碳激光器 水刀切割
切割缝的最小尺寸 0.006英寸,具体数值取决于切割速度 0.02英寸
切割面外观 切面会呈现出条纹状结构 根据切割速度的不同,切割表面看起来会像经过喷砂处理一样。
切口边缘完全平行的程度 良好;偶尔会呈现锥形边缘。 很好;对于较厚的材料,曲线确实存在“拖尾”效应。
加工容差 约 0.002 英寸 约 0.008 英寸
切口毛刺程度 仅发生部分烧伤 未出现毛刺
材料的热应力 材料中可能会发生形变、回火和结构变化。 未发生热应力
在加工过程中,气体或水射流方向上作用于材料上的力 气体压力
薄的问题
工件,距离
无法维持
高:因此,薄而小的零件只能进行有限程度的加工。

安全考虑因素和操作环境

主题 二氧化碳激光器 水刀切割
人身安全设备要求 激光防护眼镜并非绝对必要 需要佩戴防护眼镜、耳塞和防高压水射流接触装置。
加工过程中产生的烟尘 确实会发生;塑料和某些金属合金可能会产生有毒气体。 不适用于水射流切割
噪音污染和危险 非常低 异常高
由于工艺流程造成的混乱,需要进行机器清洁。 低清理 高度清洁
切割过程中产生的废料 切割废料主要以粉尘形式存在,需要进行真空吸尘和过滤。 由于水与磨料混合,会产生大量的切削废料。

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