非金屬薄膜材料激光切割工藝技術研究

陳祖豪 徐標 郝軍

摘要：本文介紹了目前加工非金屬薄膜襯墊的方法，以及傳統加工方法所帶來的困難;通過對激光切割原理的分析，探討了激光切割技術用于非金屬薄 膜材料加工上的優勢和可行性，并通過非金屬材料的激光切割試驗，證明激光切割技術可以較好的解決襯墊加工難題，能夠滿足非金屬薄膜材料切割成形的技術要求和精度要求。

關鍵詞：非金屬材料;薄膜材料;激光切割

中圖分類號：BJ84 文獻標識碼：A 文章編號：1672-9129（2017）09-048-02

Abstract：Thispaperintroducesthemethodofprocessingnon-metallicfilmlineratpresent，andthedifficultiesoftraditionalprocessingmethods.Throughthe analysisoftheprincipleoflasercutting，theadvantagesandfeasibilityoflasercuttingtechnologyusedintheprocessingofnon-metallicmaterialsarediscussed，and through the laser cutting test of non-metallic materials， it is proved that laser cutting technology can solve the problem of liner processing batter， it can meet the technicalrequirementsandprecisionrequirementsforthecuttingofnon-metallicfilmmaterials.

Keywords：nonmetalthin-filmmateriallasercutting

1 引言

隨著軍事領域信息化技術的廣泛應用，對抗惡劣環境電子產品的需求也不斷增大，在這些電子產品中廣泛應用的具有屏蔽密封、導熱、絕緣等保護功能的非金屬薄膜襯墊的產量也越來越大，這些襯墊的厚度范圍在 0.1mm～2mm 之間，所用的非金屬材料包括：導電橡膠、導熱橡膠、硅橡膠、聚氨酯泡棉、滌綸紙等，而且不同的應用場景所用的襯墊規格形狀也不同，種類繁多，有些襯墊外形復雜，采用常規工藝加工成本高，周期長， 精度差，因此我們必須要尋找一種高效、精密的非金屬材料切割加工工藝來解決此類問題。通過查閱相關資料，比較多種工藝技術，我們發現激光切割工藝技術可以較好的解決上述問題。

2 目前的工藝現狀

目前我們針對這種異形非金屬薄膜材料襯墊的加工方式有以下兩種： 一是由操作工人參照圖紙，用手術刀、鋼直尺等工具直接在原材料上手工劃出形狀，這種方法適用于形狀較簡單，數量較少的零件，同時這種加工方法對操作工人的技術要求較高，具有耗費時間精力大，加工精度差，廢品率高等缺點。二是采用模具成型，由工藝設計師根據零件圖樣中的尺寸及技術要求，設計沖壓模具，通過氣動沖壓機沖壓出襯墊零件的形狀，這種方法加工的零件精度較高，互換性好，加工效率較高，但設計和加工模具所需周期較長，成本較高，且對于一些形狀較為復雜的、一次沖壓不能成型的零件，還需要采用復合模具加工，這對于批量較小，種類繁多的產品時，采用模具加工無法滿足及時快速加工的要求，具有一定的局限性。

3 激光切割工藝技術

3. 1 激光切割原理

激光切割工藝技術通過激光器中發射出的激光，經光路系統，聚焦成高功率密度的激光束，激光束照射到工件表面，使工件達到熔點或沸點， 同時與光束同軸的高壓氣體將熔化物或氣化物吹走。隨著光束與工件相對位置的移動，最終在薄板材料上形成 0.1mm～0.3mm 寬的切縫，從而達到切割的目的。根據不同的激光器中產生的不同頻率激光，可以分別對金屬或非金屬材料進行切割成形加工。用激光光束代替了傳統的機械刀具， 在切割工作中激光刀頭的機械部分與工件無接觸，不會對工件表面造成劃傷;同時激光切割速度快，切割熱影響區小，板材變形小，切縫窄

（0.1mm～0.3mm）;切口沒有機械應力，無剪切毛刺，切口光滑平整，一般無需后續加工。激光切割工藝技術通過數控編程，可加工任意形狀的平面圖形，對復雜形狀的零件可以實現快速切割加工，加工的精度高，重復性好， 無需開模具，具有經濟省時，加工成本低等特點。

激光切割是熔化與汽化相結合的過程，影響其切割質量的因素主要包 括硬件因素和軟件因素。硬件因素主要指機床、加工材料等，而軟件因素主 要是計算機輔助工藝設計的相關內容，具體包括：切割初始位置或打孔點的選擇;主要切割路徑的設置;輔助切割路徑的設置;激光束半徑補償和空 行程處理;加工工件的優化排樣;考慮實際加工因素后的路徑優化。

3.2 激光切割非金屬薄膜材料的原理

本文所涉及的非金屬薄膜材料主要包括導電橡膠、導熱橡膠、硅橡膠、聚氨酯泡棉、滌綸紙等，裁切過程中采用激光進行切割屬于激光切割

非金屬材料，切割機理為汽化切割。非金屬材料是波長為10.6μm的

CO2激光束的良好吸收體，由于材料的導熱率小，熱量的傳導損失很小，能吸收絕大部分入射光束能量，并很快使材料蒸發，由光斑照射處形成起始孔洞，進入切割過程。汽化切割是指當高功率密度的激光照射到工件表面，材料在極短的時間內被加熱到汽化點，部分材料化作蒸汽逸去，形成 割縫。對于低熔點非金屬材料，控制好激光切割工藝參數，可以獲得無毛刺的底邊，切縫光滑、平整;對非金屬材料進行切割時需注意防護切割過 程中生成的有害氣體。

4激光切割非金屬薄膜材料的優勢

激光切割作為工業切割加工中較為先進的切割方法，同時也是激光加工技術中最為成熟的技術之一，將其應用在非金屬薄膜材料的裁切工藝中，替代落后的手工裁切方式，能夠體現出如下的眾多優勢：

1） 激光切割作為一種無接觸切割，切割過程中無機械擠壓和沖切，不會對非金屬薄膜材料造成擠壓和彎折，非金屬薄膜材料無機械變形，邊緣無褶皺。

2） 激光切割的功率密度高，切縫寬度小，切割邊界整齊，無毛刺;由于激光作用時間短，工件周邊的熱影響區小;同時針對不同的材料，均可進 行切割，適應性強。

3） 激光切割非金屬薄膜材料時，不存在傳統裁切中的刀具磨損問題， 故可以省去刀具維護和換刀的成本。

4） 激光切割時只需定位，不需要夾緊、劃線等工序，因而非金屬薄膜 材料無機械應力及表面損傷。

5） 采用激光切割對非金屬薄膜材料進行裁切，無需定制模具。既可以 進行大規模生產切割，也可以進行單個體、小數量非金屬薄膜材料的成形切割。

6） 采用激光切割對非金屬薄膜材料進行裁切，可使裁切脫離模具的限制，將切割系統與計算機和 CAD 軟件相結合，能夠完全自主地控制切割路徑，可以裁切任意復雜形狀的襯墊邊界，實現傳統方式無法切割的邊界或形狀，具有無限的仿形切割能力。尤其針對異形襯墊外形的不規則、多變化與復雜性，同時可能存在單件、小批量的試制，傳統的手工裁切方式難以實現裁切的精確性與復雜適應性，這使得激光切割的優勢在非金屬薄膜材料襯墊的裁切中體現得更加淋漓盡致。

5 激光切割非金屬薄膜材料的實例

我們用激光切割機對導電橡膠板、導熱橡膠板、硅橡膠板、滌綸薄膜、聚酰亞胺薄膜、聚氨酯泡棉等 6 種材料進行了切割試驗，襯墊零件加工后的照片見圖 1。從加工后的實樣上能夠看出，對于矩形、圓弧、圓孔等形狀的切割，無論是 0.1mm 厚度的聚酰亞胺薄膜，還是 2.1mm 厚度的聚氨酯泡棉，都有良好的切割效果。特別是聚氨酯泡棉的切割邊緣光滑平整，避免了毛邊，切屑殘留等問題，能有效減少多余物的產生。

材料院導電橡膠板 材料院硅橡膠板 材料院聚氨酯泡棉板

厚度院0.8mm 厚度院1.2mm 厚度院2.1mm

6 結束語

本文通過對激光切割原理的分析，探討了激光切割技術用于非金屬薄膜材料加工上的可行性和優勢，并通過非金屬材料的激光切割試驗，證明激

圖 1 激光切割加工的襯墊零件

光切割工藝技術可以較好的解決異形非金屬薄膜襯墊在成形加工中面臨的 一些難題，能夠滿足非金屬薄膜材料切割成形的技術要求和精度要求。

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