加工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系玻璃的激光機切割技術(shù)研究

【中玻網(wǎng)】加工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系玻璃的激光機切割速度快、精度高，定位準確�？缮a(chǎn)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激光管質(zhì)量好、壽命長：國產(chǎn)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(yīng)用解決方案  

        激光應(yīng)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(jīng)濟效益高，在很多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域大放異彩。其實玻璃有比金屬更低的熱傳導，所以激光應(yīng)該可以順理成章地應(yīng)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(shù)難以保證整齊、平滑的切割邊緣，在許多應(yīng)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(yīng)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(shù)很多，其基本原理是利用激光引致的應(yīng)力使玻璃"分離"。期間，得益于封離型CO2激光器技術(shù)的發(fā)展和成熟，激光切割玻璃技術(shù)更顯得經(jīng)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(cè)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(yīng)力紋樣分布(設(shè)定的切割線)，同時又不會將玻璃融化。  

        激光切割中另一個關(guān)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(yīng)力非常大的方向產(chǎn)生斷裂，從而將玻璃沿著設(shè)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(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(guān)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(yīng)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(chǎn)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(chǎn)量。邊緣質(zhì)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(zhì)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(jié)果，可看到很多微小的裂痕，對于許多應(yīng)用來說，需要打磨切割邊緣。