一种铝合金切割系统及方法与流程

本发明涉及激光切割加工技术领域，尤其涉及一种铝合金切割系统及方法。

背景技术：

铝合金由于其良好的物理化学性能、优异的机械性能，广泛应用于半导体及微电子工业等领域。随着现代工业产品朝着高强度，轻型化、高性能方向发展，铝合金切割方法也朝着精密、高效、灵活的方向发展。激光切割具有切缝窄、热影响区小、效率高，切边无机械应力等优点，已成为铝合金精密加工的重要方法。

现有的铝合金切割一般都采用切割头加辅助气体的方法切割，其作用机制在激光聚焦于铝合金内部，高能量气化融化铝合金，配合高压辅助气体将融化的物质吹走。这种切割方式主要采用波长约为10640nm和1064nm两种激光，都属于红外波长范围，对于切割尺寸精度在微米级别的铝合金薄板精密切割中，由于其光斑较大，热影响区域大，容易在切割边缘处产生挂渣和微裂纹，最终影响切割的精度和效果。

技术实现要素：

本发明提供了一种铝合金切割系统及方法，旨在解决现有的铝合金切割方法容易在切割边缘处产生挂渣和微裂纹的技术问题。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：一种铝合金切割系统，包括激光器、光学传导系统、振镜扫描系统、工作台和夹具；所述激光器位于光学传导系统的一侧，所述振镜扫描系统位于光学传导系统 的下方，所述夹具设于工作台上并位于振镜扫描系统的下方，所述夹具用于固定待切割工件，所述激光器用于发射激光束，所述激光束经过光学传导系统后入射至振镜扫描系统，所述振镜扫描系统用于对激光束进行聚焦处理，使激光束在待切割工件内部形成光斑，并利用聚焦光斑对待切割工件进行切割。

本发明实施例采取的技术方案还包括：还包括水箱装置，所述水箱装置设于工作台上，所述夹具设于水箱装置内，所述水箱装置内装有循环流动的冷却水。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述夹具的高度低于水箱装置的上表面，所述待切割工件的背面与水箱装置内的冷却水接触。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述水箱装置还设有水泵，所述水箱装置的一侧还设有水箱接口，所述水泵用于将冷却水从水箱接口泵入水箱装置内，并使冷却水循环流动。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述水箱装置的上表面还设有薄膜，所述薄膜覆盖于夹具的周围区域，用于防止其他物品掉入水箱装置内。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述激光器为nd：yvo4型固体紫外激光器，激光器的功率为10w—30w，所述激光器所发射激光束的波长为355nm，脉宽范围为20ns—30ns，聚焦光斑的直接范围为10um—20um。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述对待切割工件进行切割的切割方式为：采用切割路径组合方式进行切割，即多条切割线条组合在一起，所述线条数目为10—20条，间距为10—15um。

本发明实施例采取的技术方案还包括：所述待切割工件为铝合金薄板，所述铝合金薄板的厚度范围为0.2mm—1mm。

本发明实施例采取的另一技术方案为：一种铝合金切割方法，包括以下步骤：

步骤s100：通过激光器发射激光束，发射的激光束经过光学传导系统后入射至振镜扫描系统；

步骤s200：通过振镜扫描系统对激光束进行聚焦处理，使激光束在夹具上固定的待切割工件内部形成光斑；

步骤s300：通过振镜扫描系统利用聚焦光斑对待切割工件进行切割。

本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤s100前还包括：通过夹具对待切割工件进行水平固定，并使待切割工件的背面与水箱装置中的循环冷却水接触；所述步骤s300还包括：通过水箱装置中的循环冷却水对待切割工件进行冷却。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明实施例的铝合金切割系统及方法通过利用激光束较小的脉冲宽度和较短的波长以非接触方式实现待切割工件的切割，避免了机械方法对待切割工件的接触应力损失，以及在切割加工过程中因热加工机制产生微裂纹、挂渣等问题；通过使用特定夹具使待切割工件水平固定，保持切缝位置悬空的同时，从背面支撑待切割工件切割区域，防止切断瞬间由于掉落产生应力破坏切割边缘效果；通过水箱装置中的循环冷却水对待切割工件做冷却处理，减弱热影响对周围材料的影响，进一步提高切割质量；通过多条切割路径组合方式进行切割，以扩大切缝宽度提高切割效率。

附图说明

图1为本发明实施例的铝合金切割系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的水箱装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的铝合金切割方法的流程图。

附图标记：10-激光器、20-光学传导系统、30-振镜扫描系统、40-工作台、50-夹具、60-水箱装置、61-水箱接口、62-薄膜、70-待切割工件；

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1和图2，图1是本发明实施例的铝合金切割系统的结构示意图，图2是本发明实施例的水箱装置的结构示意图。本发明实施例的铝合金切割系统包括激光器10、光学传导系统20、振镜扫描系统30、工作台40、夹具50和水箱装置60；激光器10位于光学传导系统20的一侧，振镜扫描系统30位于光学传导系统20的下方，工作台40位于振镜扫描系统30的下方，水箱装置60设于工作台40上，夹具50设于水箱装置60内并位于振镜扫描系统30的下方，夹具50用于水平固定待切割工件70，水箱装置60内装有循环流动的冷却水，待切割工件70的背面与水箱装置60内的冷却水接触。其中，夹具50的高度低于水箱装置60的上表面，夹具50浸泡在在水箱装置60内的冷却水中，且露出待切割工件70的上表面，具体夹具50的高度以及水箱装置60内冷却水的高度可根据待切割工件70的厚度进行设定或调整。

本发明实施例的铝合金切割系统的切割原理为：通过激光器10发射激光束，发射的激光束经过光学传导系统20后入射至振镜扫描系统30，通过振镜扫描系统30对激光束进行聚焦处理，使激光束在夹具50上固定的待切割工件70内部形成光斑，并利用聚焦光斑对待切割工件70进行切割；振镜扫描系统30对于不同厚度的待切割工件70可设定相应的工艺参数进 行切割，工艺参数包括激光频率、激光功率、切割速度及焦点位置等；激光切割过程中，高能量密度的激光束聚焦到待切割工件70内部，部分光束能量被反射，剩余部分被待切割工件70吸收，待切割工件70温度迅速上升至融化乃至气化温度，在切割区域产生融化和气化现象，在待切割工件70深度方向上逐层切割，形成切缝，最终在对切缝周围影响极小的情况下，达到切割边缘光洁整齐、切割质量好的精密加工。

在本发明实施例中，激光器10为nd：yvo4型固体紫外激光器，激光器10的功率为10w—30w，激光器10所发射激光束的波长为355nm，脉宽范围为20ns—30ns，聚焦光斑的直接范围为10um—20um，通过利用激光束较小的脉冲宽度和较短的波长以非接触方式实现待切割工件70的切割，由于其波长短，光斑小，热影响区域小，避免了机械方法对待切割工件70的接触应力损失，以及在切割加工过程中因热加工机制产生微裂纹、挂渣等问题，获得高精度和高质量的切割加工效果。

在切割过程中，通过夹具50使待切割工件70水平固定，保持切缝位置悬空的同时，从背面支撑待切割工件70切割区域，防止切断瞬间由于掉落产生应力破坏切割边缘效果。同时，在切割过程中，高能量密度的激光束在切缝位置产生大量的热能量将待切割工件70融化乃至气化，由于待切割工件70的高热导性，热能量会向切缝周围传导，对切缝周围的材料产生影响，为减弱切割对切缝周围区域的热影响，通过水箱装置60中的循环冷却水对待切割工件70的背面做冷却处理，从而将切缝向周围区域热传导的能量吸收，减弱热影响对周围材料的影响，进一步提高切割质量。

水箱装置60内还设有水泵(图未示)，水箱装置60的一侧还设有水箱接口61，水泵用于将冷却水从水箱接口61泵入水箱装置60内，并使冷却水循环流动，从而对待切割工件70进行冷却处理；水箱装置60的上表面还设有薄膜62，薄膜62覆盖于夹具50的周围区域，用于防止其他物品掉入水箱装置60内。

由于紫外激光器的聚焦光斑约为10-20um，聚焦光斑作用下，高能量激光能量产生气化融化形成的切缝很窄，窄切缝会使溶渣堆积阻碍激光入射与吸收，不利于激光切割，故本发明采用多条切割路径组合方式进行切割，即多条切割线条组合在一起，线条数目为10—20条，间距为10—15um，以扩大切缝宽度，可实现对不同厚度的待切割工件进行切割加工，提高了切割效率。

在本发明实施例中，所述待切割工件70为铝合金薄板，所述铝合金薄板的厚度范围为0.2mm—1mm，可以理解，本发明同样适用于其他类型或厚度的待切割工件，例如铝管，铝棒或铜管等。

请参阅图3，是本发明实施例的铝合金切割方法的流程图。本发明实施例的铝合金切割方法包括以下步骤：

步骤s100：通过夹具对待切割工件进行水平固定，并使待切割工件的背面与水箱装置中的循环冷却水接触；

步骤s200：通过激光器发射激光束，发射的激光束经过光学传导系统后入射至振镜扫描系统；所述激光器为nd：yvo4型固体紫外激光器，激光器的功率为10w—30w，激光器所发射激光束的波长为355nm，脉宽范围为20ns—30ns；

步骤s300：通过振镜扫描系统对激光束进行聚焦处理，使激光束在待切割工件内部形成光斑；所述聚焦光斑的直接范围为10um—20um；

步骤s400：通过振镜扫描系统利用聚焦光斑对待切割工件进行切割；所述切割方式为多条切割路径组合方式进行切割，即多条切割线条组合在一起，线条数目为10—20条，间距为10—15um；

步骤s500：通过水箱装置中的循环冷却水对待切割工件进行冷却。

本发明实施例的铝合金切割系统及方法通过利用激光束较小的脉冲宽度和较短的波长以非接触方式实现待切割工件的切割，避免了机械方法对待切割工件的接触应力损失，以及在切割加工过程中因热加工机制产生微裂纹、挂渣等问题；通过使用特定夹具使待切割工件水平固定，保持切缝位置悬空的同时，从背面支撑待切割工件切割区域，防止切断瞬间由于掉落产生应力破坏切割边缘效果；通过水箱装置中的循环冷却水对待切割工件做冷却处理，减弱热影响对周围材料的影响，进一步提高切割质量；通过多条切割路径组合方式进行切割，以扩大切缝宽度提高切割效率。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。