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成为大批量加工的选择

更新时间:2018-10-24

  玻璃是一种重要的产业材料,应用在国民经济的诸多行业,如汽车业、建筑业、医疗、显示器、电子产品等,小到几微米的小型光学过滤器、笔记本电脑平板显示器的玻

  璃衬底,利来国际最老牌的。大到汽车业或建筑业等大规模制造领域所用的大尺寸的玻璃板。玻璃种类繁多,最常见的为钠钙玻璃,也称为碱性玻璃,主要用于汽车业、建筑业及家用器具领域,一般厚度为1.6~10mm。厚度为1mm或不足1mm的玻璃称为硼硅玻璃或者非碱性玻璃,主要用于平板显示器与电子产品领域。

  玻璃显著的特点是硬脆性,给加工带来很大的困难。传统的玻璃切割采用硬质合金或金刚石刀具,其切割流程一般为:首先用金刚石刀尖或硬质合金砂轮或高硬度金属轮,在玻璃的表面划出一条刻痕,再采用机械手段将玻璃沿着刻痕线分割开。用砂轮或机械轮在玻璃上进行刻划的过程中,产生沿着切割方向的切向张力,从而可使玻璃沿着划痕裂开。这种方法切割的结果是:边缘不平滑、有微小裂痕,材料上残存不对称边缘应力及残留碎屑等。对于很多应用,碎屑和局部应力所造成的微小裂痕将造成器件的失灵,所以必须进行切后边缘的打磨与抛光,以强化边缘。另外,机械轮加工中还需要辅助剂辅助切割,辅助剂也有可能粘在成品边缘,需要过水清洗或超声波清洗等处理。后续处理工序以及低成品率(发生不确定的裂痕)等都将增加成品玻璃制品的造价。

  当今,对于玻璃制品的质量要求越来越高,必须实现更为精密、细致的加工结果,因为传统工艺已经很难达到无微裂纹及边缘质量方面的要求,所以迫切需要玻璃切割的技术创新。激光切割技术已经成熟,在金属板材与管材、有机板材与管材等材料的切割方面,获得了成功的应用,使传统的制造技术得到了很大程度的改造与提升。而玻璃是无机材料,热传导率很低,从理论上讲用激光加工应该有较好的结果。这也就使得激光切割玻璃的技术发展起来。

  激光切割玻璃的方法从原理上可以分为两种:一种是熔融(蒸发)切割法,另一种是裂纹控制法。

  利用玻璃处在软化的温度下具有较好的塑性和延展性,用聚焦的CO2激光或者紫外激光照射到软化的玻璃表面,激光具有的较高的能量密度会导致玻璃融化,然后用气流吹走熔融的玻璃,产生沟槽,从而实现玻璃的熔融切割。

  这是一种常用的激光切割方法。第一步,对玻璃表面进行激光加热,较高的能量会使该处的温度急剧升高,表面产生较大的压应力,但该压应力不会使玻璃产生破裂;第二步,对该区域进行急剧的冷却,一般采用冷却气体或者冷却液,急剧的降温会使玻璃表面产生较大的温度梯度和较大的拉应力,这个拉应力会使玻璃表面沿着预定划线的方向开始破裂,实现玻璃的切割。

  

  现在切割玻璃加工工艺一般都是选用CO2激光器。选择适宜的激光器,考虑的因素包括波长、输出功率、光束模式、灵活性、费用、可靠性以及是否利于系统集成等。CO₂激光器发射的激光波长为10.6μm,而玻璃能强烈地吸收波长10.6μm的激光,几乎所有的激光能量都被玻璃表面15μm吸收层所吸收,所以玻璃激光切割系统都配置CO2激光器。关于激光功率正如前述,不需要很高,平均功率为 100~500W(取决于玻璃的厚度)的CO2激光器都适用于玻璃切割应用。具体的器件可根据不同的情况,选择封离型玻璃管CO2激光器或CO2射频激光器。封离型玻璃管CO2激光器技术成熟,完全封离,不需要气体补充,不需要维修和定期维护,能满足玻璃切割的基本要求,且成本低,经济而实用;射频激光器的光束模式好,外型尺寸较小,集成简单,操作方便,激光器的输出灵活可控,输出的脉冲能量、脉宽以及重复频率等都可被实时控制,而不影响光束的聚焦,因而激光加工的参数可以根据不同种类、不同厚度的玻璃的特性进行实时优化。

  (1)切割质量好。 切口宽度窄(一般为0.1~0.5mm)、精度高(一般孔中心距误差0.1~0.4mm,轮廓尺寸误差0.1~0.5mm)、切口表面粗糙度好(一般Ra为12.5~25μm),切缝一般不需要再加工即可焊接。

  (2)切割速度快。 例如采用2kW激光功率,8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min;2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min,热影响区小,变形极小。

  (3)清洁、安全、无污染大大改善了操作人员的工作环境。 当然就精度和切口表面粗糙度而言,CO₂激光切割不可能超过电加工;就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以证明:CO₂激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法,特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速,应用日益广泛的一种先进加工方法。

  激光引致应力切割技术超越了传统的玻璃切割/分离技术,通过适当的加热和冷却工艺,激光束可在玻璃上精确加热一条直线或曲线,随后再喷射冷气或气液混合物加以冷却。这种热诱张力会产生精确的玻璃裂隙,从而实现高质量的切割边缘。这种切割方法的主要优势在于:精度高;不产生微裂纹、破碎或碎片问题;玻璃的边缘抗破裂性极高;玻璃边缘保持了光学性能;无需冲洗、凯发娱乐平台!打磨、抛光,从而降低了制造成本;不会造成材料损耗等。

  激光切割玻璃具备加工速度快、精度高、参数设置简单等明显优势,成为大批量加工的选择。因为激光是非接触工具,没有磨损问题,从而可保证持续、均匀的切割厚度和边缘质量。权威测量显示,平均粗糙度(Ra)小于0.5μm。因为边缘质量优秀以及自然回火效应,激光切割的边缘强度非常高,与机械法加工后又打磨的样品相比,边缘强度提高30%左右。 激光切割避免了侧面裂缝,不仅边缘的抗冲击强度增强,整体组件强度通常能提高80%,从而显著改善部件抗损坏的能力。材料强度的提高减少了损坏与损失的可能性,也减少了由于潜在的产品瑕疵而过早的在现场出现故障的问题。这对产品设计而言是一大优势,设计者不仅可以使用更轻、更薄的材料,而且还不影响产品使用寿命。

  玻璃激光切割新技术推广并移植到大批量的生产线中,经过了长时间的工程应用验证,不仅得到了技术可行的充分证明,而且取得了明显的经济效益。可以用于大量地生产各种各样的小玩具、饰品、摆挂件和生活用的玻璃制品。在下述的情况下,如:存在玻璃破碎危险的产品的生产;电子行业中用于装有玻璃的通讯移动产品的制造;包含薄玻璃易碎部件的产品,如传感器、触控板或玻璃外壳,又如:研发新产品,需要新的加工手段来实现创新特征;希望减少加工步骤来降低生产成本;现有的生产遇到经济压力需要巨大的生产方式改良等,玻璃激光切割新技术都成为首选。

  玻璃激光切割是一项创新技术,已在电子、汽车、建筑行业得到应用(显示器、手机平板的屏幕、汽车的车窗、挡风玻璃等),同时该技术能用在加工其他易碎材料,如制造电子行业晶圆的陶瓷材料,其他半导体行业常见的材料等都有望成为激光引致应力切割加工的对象。在节能减排要求的大环境下,下一个最具潜力的应用行业将是太阳能产业。 相信激光切割技术会越来越成熟,激光切割玻璃的技术的发展也将会越来越好。

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