[发明专利]一种激光辅助加热的金属带材切割方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及金属带材切割技术领域，具体地说，是一种激光辅助加热的金属带材切割方法。

【背景技术】

金属带材，例如钢带、铜带、铝带等，一般均采用冶炼、轧制、精整、分卷、包装等工艺生产，其中涉及切边、横切、纵切等带材的切割加工。传统的带材切割方式一般采用圆盘剪(满足切边和纵切要求)和斜刃剪(满足横切要求)等，均为机械切割方式，即利用上下剪刃的作用通过塑性滑移制造的裂纹扩展使带材被切断。这种切割方式尽管具有高速且灵活的特点。以钢带的圆盘剪为例，一般其生产方式为成卷或全连续切割，切割速度大于280m/min，钢带强度可达600MPa，钢带厚度可小于0.3mm，其切割规律如图1所示。其中，塌角是由切割过程中带材塑性弯曲产生的，光亮带是由带材内部相对滑移(塑性变形)产生的，撕裂带是由带材脆性断裂产生的，毛刺是由断裂时裂纹扩展不充分产生的。

但也存在无法解决的问题，主要来源于带材本身。随着技术的进步，用户对带材的要求逐步朝着高强(大于800MPa)、极薄(小于0.1mm)方向发展。这对机械切割的刀片强度和组装精度提出更高的要求，同时要求切割质量更高，如切割毛刺控制在0.02mm以下，增加了刀片的制造成本，缩短了刀片的使用寿命。

随着激光技术的发展，其应用领域越来越宽广，其中激光加热技术的发展正逐渐得到重视。专利ZL200610096474.6提供了一种利用二氧化碳激光作为板材预加热，然后通过钕玻璃激光器的强激光完成板材成形的方法。专利CN101879572A和CN201693118U给出了一种镁合金板材激光局部加热自冲铆接的方法和装置。专利ZL200710115874.1和ZL200910015653.6则开发了一种利用激光局部加热技术提高板材成形效率的方法。以上专利技术均为板材成形时利用激光局部加热达到软化材料提供成形质量的技术，所涉及的均为非连续生产，且无加工速度要求，无法满足本发明的连续化、高速的生产要求，但为本发明提供了技术可行性的佐证。

针对高强极薄的金属带材而言，考虑到带材的加热软化和切割过程的力学特点，本发明在带材切割前利用激光技术对其切割位置进行预加热，达到降低带材的屈服强度、提高材料塑性的目的，进而在切割时减小刀片受力、提高切割断面的质量。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种激光辅助加热的金属带材切割方法；该方法是通过安装于带材切割设备入口的激光器对带材进行加热，以降低切割时带材的变形抗力，提高材料塑性，实现降低切割负荷、提高切割质量的目的。本发明所针对的带材切割方式以圆盘剪为主，同样地，也适用于其它带材切割方式，例如斜刃剪切割、锯片切割等。

本发明的构思为：需要根据金属带材的力学性能及规格和切割设备的结构参数和工艺参数，如刀片的重叠量和侧向间隙，在保证切割质量和合理切割负荷的前提下，确定带材切割时所需的强度等级，即带材的屈服强度。然后，根据带材的材料性能，即不同温度下的应力应变曲线，确定带材所需的加热温度。最后，根据带材的运行速度(用于估算带材与环境的换热系数)、材料特性(对激光的吸收率)和尺寸规格，给出激光器的输出功率。考虑到带材的高速运行，切割设备所实现的切缝宽度小，要求加热效率高且加热范围小，故本发明涉及的激光应以固体激光器所发出的激光优先。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种激光辅助加热的金属带材切割方法，采用激光对金属带材先加热再切割，所述的加热温度T_h为

Th=ξ×A×F×Asχ×U-1.5]]>

式中，U为带材运行速度，m/min；F为激光器功率，W；AS为激光光斑面积，mm²；ξ为与金属带材密度和比热容相关的常数，ξ＝(0.3～0.8)e3；χ为与金属带材厚度相关的常数，x＝-0.75～0.0；