激光切割工艺

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1、激光切割工艺激光切割钢板的若干工艺问题 激光切割机是加工钣金零件方面大幅提高劳动生产率的先进 装备，具有加工零件的精度高、加工周期短，以及加工中无需传统冲 压模具更换就可以加工任意复杂零件等优点，从而被越来越多的开关 设备制造企业采用。激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用于激光束同 轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。激光切割技术发展 迅速,应用日益广泛,是一种先进加工方法，尤其适合切割钢板。 激光切割技术比其他方法的明显优点是：(1) 切割质量好 切口宽度窄(一般为0.l0.5mm)、精度高(一般孔中心距误差0.1

2、0.4mm,轮廓尺寸误差0.10.5mm)、切口表面粗糙度好(一般为12.525um)，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。(4) 从技术经济角度不宜制造模具的金属钣金件,特别是轮廓形状复杂,批量不 尢一般厚度小于12mm的低碳钢、小于6mm厚的不锈钢，以节省制造模具的成本与 周期。任何一种热切割技术,除少数情况可以从板边缘开始外,一般都必须在板上穿一 个小孔。之前在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一个孔,然后再用激光从小孔

3、处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基本方法： 爆破穿孔材料经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑,然后由与激光束 同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一个孔。一般孔的大小与板厚有关,爆破穿孔平均直径为板厚的一半,因此对较厚的板爆破穿孔孔 径较大,且不圆,不宜在加工精度要求较高的零件上使用,只能用于废料上。此外由 于穿孔所用的氧气压力与切割时相同,飞溅较大。脉冲穿孔采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽 化,常用空气或氮气作为辅助气体,以减少因放热氧化使孔扩展,气体压力较切 割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射,逐步深入,因此厚板穿孔时 间需要几秒钟。一旦穿孔完成

4、,立即将辅助气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径 较小,其穿孔质量优于爆破穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率;更重要的是光束的时间和空间特性,因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。此外脉冲穿孔还须要有较可靠的气路控制系统,以实现气体种类、气体压 力的切换及穿孔时间的控制。在采用脉冲穿孔的情况下,为了获得高质量的切口,从工件静止时的脉冲穿孔到 工件等速连续切割的过渡技术应加以重视。从理论上讲通常可改变加速段的切割条件,如焦距、喷嘴位置、气体压力等,但实际上由 于时间太短改变以上条件的可能性不大。在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实,具体方法是改变脉冲宽度;改变

5、脉冲 频率;同时改变脉冲宽度和频率。实际结果表明,第 3 种效果最好。这是因为机床（只针对大功率激光切割机）在加工小孔时不是采取爆破穿孔的方式，而是用脉冲穿孔（软穿刺）的方式，这使得激光能量在一个很小的区域过于集中，将非加工区域也烧焦，造成孔的变形，影响加工质量。这时我们应在加工程序中将脉冲穿孔（软穿刺）方式改为爆破穿 孔（普通穿刺）方式，加以解决。而对于较小功率的激光切割机则恰好相反，在小孔加工时应采取脉冲穿孔的方式才能取得较好的 表面光洁度。根据CO2激光切割的工作和设计原理，分析得出以下几点原因是造成加工件产生毛刺的主要原因：激光焦点的上下位置不正确，需要做焦点位置测试，根据焦点的偏移量

6、进行调整;激光的输出功率不够，需要检查激光发生器的工作是否正常，如果正常，则观察激光控制按钮的输出数值是否正确，加以调整;切割的线速度太慢，需要在操作控制时加大线速度;切割气体的纯度不够，需要提供高质量的切割工作气体;激光焦点偏移，需要做焦点位置测试，根据焦点的偏移量进 行调整;机床运行时间过长出现的不稳定性，此时需要关机重新启动。 以上情况的出现，首先考虑切割低碳钢时出现毛刺的因素，但不 可简单地加快切割速度，因为增加速度有时会出现板材切割不穿的情 况，此种情况在加工敷铝锌板时尤为突出。这时应综合考虑机床的其 他因素加以解决，如喷嘴是否要更换，导轨运动不稳定等。 分析后可以发现下面的几种情况

7、是产生加工不稳定的主要情况： 激光头喷嘴的选择与加工板厚不匹配;激光切割线速度过快，需要操作控制减小线速度;另外，还需要特别注意的是，在L3030激光切割机切割5mm 以上碳素钢板时需要更换7.5焦距的激光镜片。这种情况会影响零件的切割断面光洁度加工质量。此时在其他参数都正常的情况下，应考虑以下情况：激光头喷嘴NOZZEL的损耗，应及时更换喷嘴。在无新喷嘴更换的情况下，应加大切割工作气体压力;喷嘴与激光头连接处螺纹松动。此时应立即暂停切割，检查激光头连接状态，重新上好螺纹。激光切割加工时激光束的工作原理是：在加工过程中，材料经连 续激光的照射后在中心形成一个凹坑, 然后由与激光束同轴的工作 气

8、流很快将熔融材料去除形成一个孔。此孔类似于线切割的穿线孔， 激光束以此孔为加工启始点进行轮廓切割，通常情况下飞行光路激光 束的走线方向和被加工零件切割轮廓的切线方向垂直。因此，激光束在开始穿透钢板时到进入零件轮廓切割的这一段时 间，其切割速度在矢量方向上将有一个很大的改变，即矢量方向的 90?旋转，由垂直于切割轮廓的切线方向转为与切割轮廓的切线重 合，即与轮廓切线的夹角为 0?。这样就会在被加工材料的切割断面 上流下比较粗糙的切割面，这主要是在短时间内，激光束在移动中的 矢量方向变化很快所至。因此在采用激光切割加工零件时就要注意这 方面的情况。一般，在设计零件对表面切割断口没有粗糙度要求时，

9、可以在激光切割编程时不做手动处理，让控制软件自动产生穿刺点;但是，当 设计对所要加工的零件切割断面有较高粗糙度要求时，就要注意到这个问题，通常需要在编激光切割程序时对激光束的启始位置 做手动调整，即人工对于穿刺点的控制。需要把激光程序原来产生的图1如上图 1，如果此零件对圆弧有精度要求，我们在编制激光切割程序时，切割启始点（穿刺点）就要设置在A和C,而不能设置在B和D。而如 果此零件只对直线边的精度有要求，那我们在编制激光切割程序时，切割启始点就要设置在B和D，而不能设置在A和C 了。图2同样的，如图 2，如果此零件外形设计对圆弧有精度要求，我们在编制激光切割程序时，切割启始点（穿刺点）就只能设置在D,而如果此零件 只对直线边的精度有要求，那我们在编制激光切割程序时，切割启始点（穿刺点）就可以选择除了 D点以外的任何点了。激光切割钣金件是一项先进的制造加工技术，不仅可以大大降低 研发周期，模具制造成本，而且提高了质量及生产效率，有利于改善 制造行业的技术及设备革新。实际应用中，需要我们在不断地积累经 验，不断地了解和实践，让这项新技术为我们的生产力提高发挥应有 的贡献。