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一个激光束加工（LBM方法）数据库的切割瓷砖
摘要
    本文介绍了使用CO2laser切割机市售瓷砖切割，以期产生的激光束加工（LBM方法）数据库，其中包含其成功的关键参数信息对象处理。各种激光切割参数进行了研究，将产生一个瓷砖切割这需要最小的后处理。各种屏蔽气体多通切割和水下切割。
关键词：二氧化碳，激光切割，陶瓷材料，先进制造工艺

1.介绍和背景
    瓷砖切割手工方法非常类似于玻璃，即划线用钨硬质合金刀具材料的倾斜，由一个弯矩沿划线应用控制破裂之后开始。然而，手工技术仅限于直线切割和较大半径的削减。内部和削弱型材生产几乎是不可能单独与得分（与内部圈子可能例外），更复杂的方法将适用于有实现这些配置文件。传统上，金刚石锯片，流体力学（水射流）或超声波加工用于制造形状复杂的陶瓷砖，但这些过程是非常耗时和昂贵。例如，典型的钻石锯切割速度在20 mm每分最小 [1]的顺序，而氧化铝超声波钻孔每孔30 s需要[2]。
    最关键的因子是二氧化碳激光切割瓷砖的使用所产生的裂缝损伤，基本上是在陶瓷基片内造成一个高温度梯度在切割过程。这些裂缝的强度，并减少对临界裂纹增长，这可能会导致部分或完全的瓷砖基板[3]故障源。因此,一个过程,减少诱发裂纹的形成是为现实的商业利用激光切割瓷砖最重要的。
2 激光切割参数
    任何材料激光加工都是是一个复杂的过程，涉及许多不同的参数，这都需要在配偶工作，生产优质的加工操作[4]，参数，如：（一）激光电源输入;（二）的重点设置;（三）协助气体种类和压力;（四）喷头配置;（五）工件厚度;（六）运动物理属性。在作者的部门此前的研究[1,5,6]也证明了在有效的激光切割上述参数临界。
2.1激光功率
激光功率取决于激光的类型。对于本文的工作报告，一费伦蒂数控激光切割机MF400受雇于，在400瓦特额定输出功率，但由于升级，束功率达到最大520和530间W的连续波（CW）切割模式。激光也有工作能力，在脉冲模式（PM）和超脉冲模式（SPM的，图1。）。为了确定在操作等效功率脉冲输出，脉冲功率图是在配合使用的下列基本方程：

                         图1 切割方法
虽然激光切割机可经营50间和5000赫兹，500赫兹的频率被推荐的价值在以往的工作[1,5]。由于此设置被证明是成功的，只有到其他频率进行了有限度的调查（250赫兹，750和100赫兹）。
2.2 切割速度
    工作上用的数控激光切割机的费伦蒂MF400使用了10000mm每分钟最大进给速度。以前的工作[6]如上所述，饲料率6000mm每分钟一被证明是不稳定的标准化测试。最佳切割速度与功率设置，更重要的变化，随着工件的厚度。
2.3 保护气体种类和压力
    压缩空气，氩气，氮气和氧气被用来作为挡箭牌气体切割过程中，与P最大约等于4条。不同的屏蔽气体被用来检测处理后其对切割质量的影响，因为不仅保护气体冷却和切割边缘并移除熔融材料，但也产生与基体材料的化学反应[7]。这个化学反应的结果不同的保护气体为每个使用的类型。对于不同的测试目的磷含量在0.5至2.5巴的步骤，然后在步骤由2.6至0.2巴最大达到气体的压力。
2.4 喷嘴配置
    喷嘴直径直接有助于达到的最大气体压力，从而对气体的质量流速为切割经济学的重要，特别是使用氩气和氮气钢瓶。喷嘴出口的只有圆形剖面可用（0.6 毫米≤Ns≤20毫米），但这个统一的喷管的几何形状允许在任何方向切割。
2.5 喷嘴高度和重点定位
    在成立该喷嘴高度应依该联络点的地位激光切割机的费伦蒂MF400仅拥有（升级前原本是一个短46毫米焦距可）一个110毫米长焦距的长度，这可能是由正负5毫米改变。如果喷嘴高度被错误地设置梁将'夹'的喷嘴，减少功率输出相当于工件。对于大部分的检验重点高度设置，以便重点是'在工作'，即工件的顶面。这种情况显然管辖上述工件喷嘴的位置。

3 实验过程
    六硅类型：氧化铝基陶瓷砖进行了研究（表1），从不同的countries.Note的是，各种瓷砖组成，厚度一样起源，但都具有一个表面釉在7.5的情况下，8.6和9.2毫米西班牙瓷砖的釉层双层。
3.1 设置程序
由于是一个标准的测试条件的需要，实施下列程序测试开始前的：（一）验证，束功率为规范，即520-530 W于满功率（连续）开发的，虽然这下降到50瓦约1小时的测试;（二）喷嘴和焦镜头被检查，以确保其处于良好状态的，即清洁，完好;（三）保护气体的压力调节器和保护气体坦克被打开为了防止损坏的焦点镜头;（四）激光束中心内使用的喷嘴下午一'广场测试'，以较低的能源投入被用于切割低碳钢上，闪着火花的密度，从一个正方形切割产生被检查，看它是否是同样关注的淘汰线分布;及（五）的焦点是确定其所需的定位，即'在工作'。
表1 使用瓷砖的类型

3.2 测试
    直线测试（SLT）的被用于评估全面通过切割（FTC）的激光参数的变量。角切割配置为探讨如何在紧张的几何材料切割反应。圆方检定测试和设计，确定了从切割各种几何形状的影响造成的。为两个独立的参数对一试件允许这个工作队的联合试验完成后，结果在场自动在'切割矩阵'中所形成的削减形式。 P和V是最重要的激光参数，因为它们决定了每单位的能源投入量的切割长度，因此他们对这个工作队配对，因为是P和Ns的管辖之盾气体的质量流量。
    对于光伏测试运行时，功率保持不变，而切削速度增加沿切割恒定的切削长度切割速度，必须有足够的规模，以适应加速或减速的变化之间的数控表减速：以前的工作[6]指出，50毫米是足够的。解释结果是比较容易，因为它们表格形式，与'切割矩阵'清楚显示任何趋势或模式发生由于参数设置的变化。这个工作队还允许大量的削减进行了很短的时间框架了。这证明有利，因为激光往往随时间的漂移，从它的初始设置。必须采取预防措施，避免定位于从连续加热接近切割瓷砖作为一个瓦体温度的变化，由此产生的任何数据将无效。最初，削减20毫米之间，采用分离，这足以证明。为了研究如何关闭削减可能作出相互之间的切割分离，减少了2毫米递增，从最初的20毫米间距。在这个工作队的其他激光参数都必须保持不变[6]。对于P与五，f被500赫兹举行与NS1.2毫米和P三栏。光束焦点仍然在工作。从P结果：第V切割矩阵确定了切割速度固定值为后续SLT和脉冲设置。对于Ns：切割矩阵，沿喷嘴尺寸保持不变在X轴（参考图。2（一）），而P的增加0.2杆2杆的步骤，在Y轴（切分离常数保持在20毫米）。新矩阵其后创建每个喷嘴的大小。角测试（图2（b））被用来研究如何切料反应持续曝光从期间的'紧'加工的激光束几何（即有几个削减在接近接近的除外）。测试中提到的接近为普通话机决定如何关闭平行线可切割给对方，而角测试是用来确定效果如何切割锐角切割质量。从一个角度切工件减少从45°〜10°，对应的表面光洁度质量（SFQ）指出。
有两个原因进行平方和循环测试（图2（c）和（d））：第一，确定对激光束引入优化方法内部切割型材;其次，以确定是否有是任何维度的大小限制方形或孔切。如果不能正确介绍，激光光束会导致内部切剖面在失败点介绍，由于短暂的，但过度从切削热梯度（即热诱导休克）。因此，利用光束介绍的方法，如穿孔，复杂到一个配置文件中启用几何形状进行调查。什么也成为明显的是在测试过程中的重要性梁位置提取轮廓和切割梁出发点的相对位置几何，即无论是在一个角落里或在直边。

图2 测试配置 ：（a）；直线测试（b）；角测试（c）；循环测试（d）; 方检定

3.3 多通和水下切割
多道切割是一个低功率（P=100瓦）的激光束开始。在第一阶段产生了良好的基体中定义的盲缝，接着由第二通过削减更深，等等。这个过程重复直到切口约20毫米深，然后激光功率为500瓦和切换到做最后的联邦贸易委员会。多通采伐的目的是要减少能源使用的投入少，每单位长度的热过载。在这个测试中使用的参数列于表2。
                       表2 多道切削参数

    水下切割与目标进行降低周围地区的热切割的影响并还审议了关于通过切割质量的影响加快散热使用水[8]。陶瓷瓦划归水和喷嘴还浸在水中，防止保护气体压力任何进入水射流喷嘴室。
4 切割质量
材料特性，激光参数和工件几何均对最终结果产生重大影响激光切割工艺。本质特征是切割质量表面粗糙度和糟粕的高度，而裂纹长度决定了强度降低衬底（图3）。在整体SFQ釉表面被列为按规模分级列于表3。因此，对切割质量表面和边缘进行测量与尊重的：（一）表面粗糙度;（二）表面光洁度和;（三）糟粕坚持。

                       图3 用于激光切割瓷砖的质量标准

                        图4 Ra的测量切面
4.1 表面粗糙度
    重要的是要测量表面粗糙度为这使切割质量的同时要衡量从以往的工作中获取的值[1]和价值观其他录得制造工艺。由于大量的削减正使得有必要减少裁员数量进行分析。因此，与SFQ小于2没有测量被削减。
    砍掉了边缘表面粗糙度的特点由条纹线形成的左侧切削过程Ra值测定从中心线的切缘（图4）。测量结果接管了12.5毫米的手写笔与导线截止2.5毫米，即价值采取了五种读在穿越，这保证了手写笔走超过合理数量的纹线。
4.2 残渣
    坚持渣直接影响了Ra值削减和能力，消除内部切割的几何形状。一微米是用来衡量在其糟粕高度三沿切节间隔。糟粕高度一直相当稳定（约1毫米）与所有类型的切割。由于此值被认为是没有实际意义，它不是记录在数据库。

5 结果
    表4包含目前雷射加工切割数据库这是从结果汇编瓷砖工作本文报道。第一部分表包含衬底参数和结果大气中削减，而水下的结果切列在第二部分。
5.1 参数影响
5.1.1 切割速度
对于较薄的砖（ts<7毫米）的P：第V切割矩阵显示与SFQ一联邦贸易委员会广泛的地区。在巴西的瓷砖案（3.7毫米的TS）联邦贸易委员会是获得的切割高达2200毫米的速度1分镨上下0.5（与减少的速度）在f500赫兹。这个地区在减少与增加瓷砖厚度，并与身体的颜色发红（一般的厚砖体颜色较深）。图5显示了最大切割速度为联邦贸易委员会随徘徊。在'指数'的关系得到同意与以前的工作[6]不同材料如钢材，木材和有机玻璃。切割矩阵还表明，一旦切割速度超过价值观为达到美国联邦贸易委员会，划线或盲目切割效果。

                        图5 Vmax随Ts的变化
5.1.2 脉冲
     脉冲为所有，但厚厚的西班牙瓷砖的激光是不是必须的，因为连续设置产生切断与一个良好的SFQ分级。在成功获得美国联邦贸易委员会公关]巴西0.4瓦，但是如此之低的，在实际意义上，设置是不可行的。论梁厚脉冲西班牙瓷砖是必需的，连续引起了釉裂。这可能是由于输入的能量单位的切割长度超过热膨胀引起的热冲击率不同的釉料充分从父项瓦。由于激光脉冲的能量输入的减少约25瓦，每下降0.1在箴在f500赫兹，表面釉裂几乎消失在公关0.6和最佳的切割速度，虽然微小在切边仍然裂缝（的0.5毫米宽的顺序排列）仍然存在。
5.1.3 气体压力
    此参数对质量有很大影响，削减的速度，可以作出成功。以前的工作[2]已经表明，高瓦斯压力被要求实现厚基板（联邦贸易委员会的TS\7毫米）。这证明了取得的成果在P：南北切割矩阵。高品质被削减在薄砖（tsB6毫米）实现在气体压力2个酒吧，但在双层玻璃，厚砖值SFQB3没有实现，除非p\ 3吧。在低压力（pB2.5栏），最大切割速度为联邦贸易委员会的大幅下降，当气体中的角色失败糟粕清晰。在连续下跌巴西瓷砖的Vmax从2200 mm最小的酒吧在P1到3.8分钟一1500毫米在P3条。在表面釉裂也增加成为在低气压明显。导致这结论是，保护气体为冷却剂的作用从而有助于最大限度地减少大热梯度创建的光束。
5.1.4 气体种类
    压缩空气为前面的推荐工作[1]证明了在适当的熔融材料去除其放热性能不受任何不利的影响以上的瓷砖厚度齐全。切割使用惰性气体氩气和氮气产生更好的结果，尤其是后者，因为它充当高效冷却剂[9]。与SFQ1高品质的削减生产了较厚的瓷砖在最佳的360毫米分钟1切削速度在CW模式。然而，当使用所需的高瓦斯压力，一缸氮气或氩气是用来迅速。
5.1.5 喷嘴尺寸
     这个参数直接关系到P（即喷嘴尺寸越小越高的索取压力）。表5显示了最大的实现盾与相应的喷嘴气体压力的大小当使用压缩空气。喷嘴直径大于1.5 mm的漠视Pmax的不足。直径较小的喷嘴产生更好削减较高的切削速度。
5.1.6 联络点定位
    在测试过程中梁的焦点仍在工作中，即表面上。切断与充足SFQ分级取得了与此设置。调查显示，通过降低进入的焦点工作的'残渣'残留降低，在提高焦点距离为失去工作的美国联邦贸易委员会梁德为重点。因此，基于实际理由，焦点仍然在工作。
5.1.7 多道切割
    厚瓦片被切断成功的多通法无切割质量退化。由于低功率激光束，温度梯度在瓦大大减少，从而物质损失减少到最低限度。这种方法也可以用来处理有任何骨折较厚的陶瓷。然而，多道切割已成为一个明显的劣势非常耗时的过程，并会证明不符合经济原则在商业基础上。
5.2 实质影响
    较深的体密度和瓷砖的重，他们保留在切割时比白人身体更热瓷砖。分析如何实施的切割是不可能的，因为瓷砖的厚度也增加身体的颜色变暗，在厚度增加掩盖对材料的成分任何效果。在瓷砖的材料组成部分并不相同。这是否是由于特定的瓷砖制造工艺是未知的，但结果削减联邦贸易委员会是一个损失的，即使在最佳切削速度。
釉损害是在评估减少的重要因素质量。在所有，但厚釉砖损伤即使在最小的贫困参数设置。例如，用7.5毫米为最西班牙瓷砖SFQ53用压缩空气削减，虽然氮生产更好的价值。与此问题是后一种类型瓷砖有双层釉。没有出现开裂在较低的白色釉（类似于其他瓦），但上明确釉分裂和片状如在瓦能量输入或保暖性太高，巴贝罗，考夫曼和Idelsohn[10]所示釉的表面通常拥有不同的线性膨胀率到基础基板。因此，大温度梯度引起的激光光束会导致较低的基材，以扩大在不同的率，导致釉开裂。
表3 最大压力（压缩空气）的不同喷嘴尺寸

    另一个重要的因素是数量控制能量输入，并从削减散热。该参数设置效果不佳要么损失ofFTC（这是很容易地更正），或热休克瓷砖或表面釉（即在釉裂）。激光切割过程中容易推广热在切割冲击，因此这是至关重要的控制效应参数的正确选择。该瓷砖的热性质主要是造成这个问题的，一般有一个贫穷的瓦导热系数（0.9 W mk的15k51 W马可福音1）和相对较低的共同扩张效率（2 10 6K表15a5510 6 K表1）。
    玻薄膜（或渣），涵盖的切缘增厚，在增加和减少瓷砖基板在切割速度。在糟粕增加，因为瓦厚度是显而易见的：更多的瓷砖融化，因此更糟粕的结果。该影片还厚度的糟粕通过多种多样的削减。有两个明显的原因这一点。
    首先，梁宽分道扬镳后联络点（即在工作了），造成了外的平坦度的削减而导致在一个更大的缝宽度在底部。因此，更多的家长瓦降低材料熔化切割下来。根据对激光焦距和焦点定位点，切缝宽度不等的焦点尺寸（约0.1毫米）到2毫米。
    第二，有能力或屏蔽气无力继续通过削减集中喷射也出于对切缘的糟粕格局。在顶削减那里的气体压力仍高，气还是针对流动，很少或没有糟粕的黏附显而易见，但由于切削深度增加气流变得更加动荡，减少压力，因此允许更多残渣切缘。