大角度斜面激光切割工艺

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激光切割通常是在水平面上或略带小角度倾角的板材上进行的，但在大角度斜面上进行切割国内尚未见报道。图1是汽轮机斜围带形孔型腔示意图。材料厚度6mm，整个圆台面上约有60个型孔，圆台大于Æ 3000mm。要求加工后各孔的间距误差不超过± 0.05mm，节距累积总误差不超过0.5mm；倾角a=31°，b=0.5°，q=41.37°，这三个角度的误差要求都不小于 ± 0.005°, 要求型腔表面光滑。过去一起采用线切割进行加工，生产效率低，工作量大，无法保证生产周期。因此，研究了用激光切割替代常规线切割加工方法，满足批生产需要。
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(1) 为实现总倾角31.5°的斜面切割，需制作图2的高精度切割工装，工装节距定位孔距的尺寸公差控制在±0.01mm以内，围带采用分段加工后组焊，解决了整圈斜围带超过Æ 3000mm。无法加工的难题。

图 2 工装示意图
+ W, ?' `0 k5 n' N& ^/ j+ v* X& ^" x(2) 调整好激光加工参数耦合，在激光功率P = 1260W，切割速度v = 1.4m/min，普通氧气(纯度99.8%)作为辅助气体，气体压力为0.08MPa时，可实现大角度斜面激光切割，切缝宽度约为0.18mm。
(3) 激光头喷嘴离工件的距离变化和入焦量对切口质量有重要影响，喷嘴离工件太远将使切缝加宽，粗糙度提高，距离太近喷嘴很容易与工件发生碰撞。距离控制在离工件0.5～0.8mm之间，切割后的型腔表面质量较好。入焦量(即激光焦点在工件内部的位置)约1mm，可保证切口平整，切缝入口处不出现倒角，获得良好的表面加工质量。
& H, o& }2 D4 B: w( ~(4) 由于是三维空间闭合曲面加工，在加工程序制作上，既要考虑型面建模的精度，又要考虑程序直线插补步长，实验表明直线插补步长取0.02mm，效果较好。
- d. v1 m& T; r8 Q2 x& m$ Y经万余个型孔加工批量生产表明，采用激光在大角度斜面上进行切割加工是可行的，只要激光参数耦合性合理，并控制好喷嘴离工件的距离、入焦量、程序直线插补步长，可实现31.5° 斜面，板厚6mm工件的精度加工，型孔加工后粗糙度达Ra 3.2mm。单个型孔从原来线切割加工时间为90min，减少到激光加工的34s，加工效率提高百余倍。
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