激光切割单板的理论工艺参数求解与试验验证

【目的】 利用固体激光器切割单板,获取合理的切割工艺参数,降低切缝宽度以减少锯路损失,保证单板切口断面平整度。【方法】 从激光脉冲能量角度建立激光切割单板数学模型,获得激光输出功率(Pb)与激光切割速度(v)之间的关系表达式。以厚度0.3 mm、含水率10%的黑胡桃单板为加工对象,选取2组激光输出功率进行试验验证,每组激光输出功率在6种不同切割速度下切割,理论切割速度在6种试验切割速度范围内,加工后多次测量直线切缝宽度取平均值,在40×10光学显微镜下观察切割后试件切缝宽度及切口断面平整度,找出最优试验结果对应的切割速度,并与计算的理论切割速度进行对比。【结果】 第1组激光输出功率(脉冲电压400 V,单脉冲能量96.5 mJ,脉冲频率10 Hz)下,当切割速度为2.5 mm·s^-1时可保证单板切缝被完全切透,形成连续完整的切缝,切缝宽度最窄,平均值为0.544 mm,锯路损失最小,且切口断面较为平整;第2组激光输出功率(脉冲电压500 V,单脉冲能量198.2 mJ,脉冲频率10 Hz)下,当切割速度为5.0和5.5 mm·s^-1时可保证单板切缝被完全切透,切缝宽度最窄,平均值分别为0.69和0.62 mm,且切口断面也较为平整。对比2组试验数据得出,当切割速度与理论切割速度接近时,单板切口连续,切缝宽度最小;当切割速度低于理论切割速度时,切缝宽度逐渐增大;当切割速度高于理论切割速度时,切口容易出现不连续现象。【结论】 利用固体激光器切割单板时,切割工艺参数对切缝宽度和切口断面平整度具有直接影响,合理的切割工艺参数对获得较小的切缝宽度至关重要,每个激光器的输出功率对应着最佳切割速度,在实际加工过程中,应保证切割速度与理论切割速度一致或接近,以使切割效果更好。