[发明专利]一种金属薄板的光纤激光切割叶型孔能量调控方法

说明书

本发明属于金属板材的高效、高精度、高质量激光切割成形技术领域，涉及一种金属薄板的光纤激光切割叶型孔能量调控方法。首先对加工图形进行合理的分割，把整个加工图形分为四段，使圆弧半径差别较大的区域分割成单独的线段，然后采用一种“四段变速度+变功率能量补偿”相结合的方法对激光切割过程中金属薄板独立的线采取能量调控的方式降低加工过程中圆弧较小段的烧蚀和挂渣，通过降低金属薄板圆弧半径较小处激光能量密度以平衡由于散热和热累计带来的能量，提高切割精度，减少烧蚀和挂渣，并且使大圆弧轮廓度误差满足技术要求。

技术领域

本发明属于金属板材的高效、高精度、高质量激光切割成形技术领域，涉及一种金属薄板的光纤激光切割叶型孔能量调控方法。

背景技术

激光切割是利用高功率密度激光束照射到材料表面熔化或者气化从而进行材料的去除和分离过程，现代激光切割技术是由激光、计算机、数控系统和精密机床相结合的高新技术，使得激光切割具有高精度、高效率、低损伤、易控制性，目前已经成为激光加工应用最多的技术。航空涡扇发动机具有大量叶型孔，叶片插入叶型孔后，利用钎焊固定，为了使钎焊时产生毛细管作用又不致钎料漫流，叶片和叶型孔必须保持合理的间隙，保持圆弧的线轮廓度为0.8mm目前对于叶型孔的加工还是以数控冲压为主，由于叶型孔具有较小的圆弧半径，使得冲压加工较为困难，并且在冲头的磨损严重，造成加工精度低、重复性差等缺陷，激光切割作为加工叶型孔的新方法，如果在加工图形上采用恒定激光参数会造成圆弧小的部分上表面烧蚀严重、下表面挂渣严重、表面材料破坏等缺陷，通过改善切割线上能量分布均匀性，减少烧蚀现象，减小表面挂渣，提高孔的精度，已经成为叶型孔加工的迫切需要。

文献“宋一凡.激光切割加工叶型孔工艺研究[D].北京：北京航天三发高科技有限公司,2015.”从激光加工原理和机床伺服系统着手，分析产生加工精度低和烧蚀严重的原因主要有两个：一是点源激光热源移动扫描过程中，扫描开始阶段温度升高后由于热扩散作用，使在板材扫描位置区域出现小范围熔融金属，造成所加工孔偏大；二是由于在圆弧半径较小的区域伺服电机本身加速度的限制，切割速度和功率不能随之调整，造成烧蚀严重。文中介绍了提高精度和减少烧蚀的方法，采用尺寸补偿和命令语言“G86”设定光滑作用的个数和拐角直径最大误差，使设备自动调整。文献中提高精度和减小烧蚀的方法存在着一定的弊端，一是对于可视化机床，实际应用中无法实现；二是在拐角处进行速度和功率匹配，会产生速度波动。

发明内容

针对金属薄板光纤激光切割叶型孔过程中切割线上能量分布不均产生上表面拐角烧蚀、下表面挂渣严重的问题，本发明提出一种金属薄板的光纤激光切割叶型孔能量调控方法，是一种用光纤激光在金属薄板加工叶型孔区域时，针对具有加工图形可视化的激光器，采用能量调控平衡热累计和散热作用的激光切割方法，对加工线条合理分段，可减小烧蚀和挂渣。

本发明针对加工图形可视化数控编程的光纤激光切割机，首先对加工图形进行合理的分割，把整个加工图形分为四段，使圆弧半径差别较大的区域分割成单独的线段，然后采用一种“四段变速度+变功率能量补偿”相结合的方法对激光切割过程中金属薄板独立的线采取能量调控的方式降低加工过程中圆弧较小段的烧蚀和挂渣，通过降低金属薄板圆弧半径较小处激光能量密度以平衡由于散热和热累计带来的能量，提高切割精度，减少烧蚀和挂渣，并且使大圆弧轮廓度误差满足技术要求。

本发明的技术方案：

一种金属薄板的光纤激光切割叶型孔能量调控方法,具体步骤如下：

步骤一：将需要加工叶型孔2的金属薄板1放在加工工作台上；

步骤二：在激光器的激光头5下方安装单层锥形的激光喷嘴6，激光喷嘴6的直径为1.5mm-2mm，调整激光喷嘴6距离金属薄板1表面高度0.5-0.8mm；