激光切割加工的要點(diǎn)四大類介紹

來(lái)源：　點(diǎn)擊數(shù)：416次　更新時(shí)間：2024/8/9 11:23:37

以下是激光切割加工的要點(diǎn)： **一、設(shè)備選擇與調(diào)試** 1. 激光發(fā)生器    - 功率選擇：激光發(fā)生器的功率是一個(gè)關(guān)鍵因素。對(duì)于較薄的材料（如厚度在幾毫米以下的金屬板材或塑料板），低功率的激光（如幾百瓦）通常就足夠滿足切割需求，能實(shí)現(xiàn)高效、精確的切割，同時(shí)設(shè)備成本和能耗相對(duì)較低。但對(duì)于較厚的材料（如數(shù)十毫米甚至更厚的鋼材），則需要高功率的激光發(fā)生器（通常數(shù)千瓦甚至更高），以保證有足夠的能量來(lái)穿透和切割材料。例如，在切割 3mm 以下的不銹鋼板時(shí)，500W 的光纖激光發(fā)生器可能就比較合適；而切割 20mm 以上的碳鋼，可能就需要 3000W 以上的激光發(fā)生器。    - 波長(zhǎng)特性：不同的激光波長(zhǎng)具有不同的切割特性。常見(jiàn)的有 CO₂激光（波長(zhǎng) 10.6μm）和光纖激光（波長(zhǎng) 1.06μm 左右）等。CO₂激光在切割非金屬材料和較厚的金屬材料方面有一定優(yōu)勢(shì)，其激光束容易被非金屬吸收，對(duì)一些有機(jī)材料的切割效果較好。光纖激光則在切割金屬材料方面表現(xiàn)出色，具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率、更小的光束發(fā)散角和更好的聚焦能力，適合高精度、高速度的金屬切割。例如，在切割亞克力等有機(jī)玻璃材料時(shí)，CO₂激光可能更為合適；而對(duì)于不銹鋼、碳鋼等金屬材料的精細(xì)切割，光纖激光則更受青睞。 2. 切割頭    - 焦距調(diào)節(jié)：切割頭的焦距對(duì)切割質(zhì)量有重要影響。根據(jù)材料的厚度和切割要求，需要合理調(diào)節(jié)焦距。對(duì)于較薄的材料，通常采用短焦距，激光束能夠更集中地作用在材料表面，切割速度快、切口窄；對(duì)于較厚的材料，一般使用長(zhǎng)焦距，以保證激光束有足夠的能量穿透材料。例如，切割 1mm 左右的薄鋁板可以選擇 50.8mm 的短焦距切割頭；而切割 10mm 以上的厚鋼板可能需要 125mm 甚至更長(zhǎng)焦距的切割頭。    - 輔助氣體噴嘴：輔助氣體通過(guò)噴嘴噴出，在切割過(guò)程中起到吹走熔渣、冷卻切割區(qū)域、防止氧化等作用。噴嘴的直徑、形狀和角度都需要根據(jù)具體的切割材料和工藝要求進(jìn)行選擇。例如，對(duì)于薄板的高速切割，較小直徑的噴嘴可以提供更高的氣體流速和壓力，有利于提高切割質(zhì)量和效率；對(duì)于厚板的切割，較大直徑的噴嘴可以保證足夠的氣體流量，防止熔渣堆積。在切割不銹鋼時(shí)，通常采用氮?dú)庾鳛檩o助氣體，噴嘴的角度和位置需要調(diào)整到能夠有效地將熔渣吹離切口，保證切割面的光潔度；而在切割碳鋼時(shí)，氧氣是常用的輔助氣體，噴嘴的設(shè)計(jì)要確保氧氣能夠與材料充分反應(yīng)，提高切割速度。 3. 機(jī)床精度與穩(wěn)定性    - 定位精度：機(jī)床的定位精度直接影響切割尺寸的準(zhǔn)確性。高精度的機(jī)床通常采用先進(jìn)的伺服電機(jī)、精密的滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌等傳動(dòng)部件，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的位置控制。例如，在電子零部件制造中，對(duì)切割尺寸的精度要求極高，可能需要機(jī)床的定位精度達(dá)到±0.01mm 甚至更高。在選擇激光切割機(jī)床時(shí)，要查看其技術(shù)參數(shù)和實(shí)際測(cè)試報(bào)告，了解其定位精度是否滿足加工需求。    - 重復(fù)定位精度：重復(fù)定位精度反映了機(jī)床在多次重復(fù)定位同一位置時(shí)的準(zhǔn)確性。對(duì)于需要進(jìn)行批量切割或復(fù)雜圖形切割的工件，高重復(fù)定位精度至關(guān)重要。如果重復(fù)定位精度差，會(huì)導(dǎo)致切割出來(lái)的工件尺寸不一致，影響產(chǎn)品質(zhì)量。例如，在汽車零部件生產(chǎn)中，需要對(duì)相同形狀和尺寸的零件進(jìn)行批量切割，機(jī)床的重復(fù)定位精度至少要達(dá)到±0.03mm 以內(nèi)，以確保每個(gè)零件的一致性。    - 運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性：機(jī)床在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性對(duì)切割質(zhì)量也有很大影響。不穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致激光束在材料表面的作用點(diǎn)發(fā)生抖動(dòng)，從而使切口出現(xiàn)鋸齒狀、粗糙度增加等問(wèn)題。機(jī)床的床身結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)以及減震措施等都會(huì)影響運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。例如，一些大型的龍門式激光切割機(jī)床采用高強(qiáng)度的焊接床身和先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，配合合理的減震裝置，能夠保證在高速運(yùn)動(dòng)下的穩(wěn)定性，確保切割質(zhì)量。 **二、材料特性分析與處理** 1. 金屬材料    - 不同金屬的切割特點(diǎn)：      - 碳鋼：碳鋼是激光切割中常見(jiàn)的金屬材料之一。對(duì)于低碳鋼，激光切割速度快，切口質(zhì)量好，熱影響區(qū)較小。但隨著碳含量的增加，碳鋼的硬度和強(qiáng)度提高，切割難度也會(huì)相應(yīng)增加。在切割高碳鋼時(shí)，需要注意控制激光功率和切割速度，以防止切口出現(xiàn)裂紋和硬化現(xiàn)象。例如，在切割 45 號(hào)碳鋼時(shí)，要根據(jù)其硬度和厚度合理調(diào)整激光參數(shù)，通常需要較高的激光功率和較慢的切割速度。      - 不銹鋼：不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和抗氧化性，但其熱傳導(dǎo)率較低，在激光切割過(guò)程中容易產(chǎn)生熱量積聚，導(dǎo)致切口邊緣出現(xiàn)熱影響區(qū)和氧化變色。為了減少氧化和提高切割質(zhì)量，通常采用氮?dú)庾鳛檩o助氣體。例如，在切割 304 不銹鋼時(shí)，使用高壓氮?dú)饪梢杂行У胤乐寡趸�，獲得光亮的切割面。對(duì)于一些厚度較大的不銹鋼，還需要采用脈沖激光或調(diào)整切割工藝參數(shù)來(lái)保證切割質(zhì)量。      - 鋁合金：鋁合金的激光切割具有一定的挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗�具有高反射率和良好的�?dǎo)熱性。在激光切割過(guò)程中，激光束容易被反射，導(dǎo)致能量損失和切割效率降低。為了提高激光對(duì)鋁合金的吸收率，可以對(duì)材料表面進(jìn)行預(yù)處理，如噴砂、涂覆吸光材料等。此外，在切割鋁合金時(shí)，要注意控制輔助氣體的壓力和流量，防止切口出現(xiàn)毛刺和熔渣堆積。例如，在切割 6061 鋁合金時(shí)，通常采用氧氣作為輔助氣體，并且適當(dāng)降低切割速度，以保證切口質(zhì)量。    - 材料表面處理：在進(jìn)行激光切割之前，對(duì)金屬材料的表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砜梢蕴岣咔懈钯|(zhì)量和效率。例如，去除材料表面的油污、銹跡、氧化層等雜質(zhì)，可以避免這些雜質(zhì)在切割過(guò)程中對(duì)激光束產(chǎn)生干擾，防止切口出現(xiàn)缺陷。對(duì)于一些表面反射率較高的金屬材料，可以采用化學(xué)腐蝕、機(jī)械打磨或激光毛化等方法來(lái)增加表面粗糙度，提高激光吸收率。例如，在切割鍍有反射膜的金屬材料時(shí)，需要先將反射膜去除，或者采用特殊的激光切割工藝來(lái)克服反射問(wèn)題。 2. 非金屬材料    - 塑料：不同類型的塑料在激光切割中的表現(xiàn)差異較大。熱塑性塑料（如 ABS、PP、PC 等）通常比較容易切割，激光束能夠使材料迅速熔化和汽化，形成光滑的切口。但在切割過(guò)程中要注意控制激光功率和切割速度，防止材料過(guò)度熔化而產(chǎn)生變形或燒焦。對(duì)于熱固性塑料（如環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等），由于其在加熱后會(huì)發(fā)生化學(xué)變化而固化，切割難度相對(duì)較大，需要選擇合適的激光參數(shù)和輔助氣體。例如，在切割 ABS 塑料時(shí)，可以采用較低的激光功率和較快的切割速度，以避免材料過(guò)熱變形；而在切割環(huán)氧樹(shù)脂板時(shí)，可能需要采用脈沖激光和特殊的輔助氣體來(lái)保證切割質(zhì)量。    - 木材：木材的激光切割需要考慮其纖維結(jié)構(gòu)和含水率。對(duì)于含水率較高的木材，在激光切割過(guò)程中水分會(huì)蒸發(fā)，可能導(dǎo)致切口邊緣燒焦或變形。因此，在切割前最好將木材進(jìn)行干燥處理，使其含水率控制在一定范圍內(nèi)。此外，木材的纖維方向也會(huì)影響切割質(zhì)量，通常沿著木材纖維方向切割速度更快，切口更光滑；而垂直于纖維方向切割時(shí)，可能需要調(diào)整激光參數(shù)和輔助氣體。例如，在切割硬木（如橡木、胡桃木）時(shí)，要根據(jù)其紋理和硬度合理選擇激光功率和切割速度，以防止切口出現(xiàn)毛刺和崩邊現(xiàn)象。    - 有機(jī)玻璃：有機(jī)玻璃（亞克力）是一種常見(jiàn)的非金屬材料，具有良好的透光性和耐候性。在激光切割有機(jī)玻璃時(shí)，要注意控制激光功率和切割速度，避免材料過(guò)熱而產(chǎn)生氣泡、裂紋或變形。通常采用較低的激光功率和較慢的切割速度，同時(shí)使用壓縮空氣作為輔助氣體，將切割過(guò)程中產(chǎn)生的熔渣吹走。例如，在切割 5mm 厚的有機(jī)玻璃時(shí)，激光功率可以設(shè)置在 30W 左右，切割速度為 3 - 5mm/s，以獲得光滑、透明的切口。 **三、工藝參數(shù)設(shè)置** 1. 激光功率    - 功率與切割厚度的關(guān)系：激光功率是影響切割能力的關(guān)鍵因素之一。一般來(lái)說(shuō)，材料越厚，所需的激光功率就越大。但并不是功率越高越好，當(dāng)功率過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致材料過(guò)度熔化、切口變寬、熱影響區(qū)增大等問(wèn)題。例如，在切割 3mm 厚的不銹鋼板時(shí)，通常采用 500W - 1000W 的激光功率；而切割 10mm 厚的不銹鋼板，可能需要 2000W 以上的激光功率。    - 功率對(duì)切割質(zhì)量的影響：激光功率的大小直接影響切口的表面質(zhì)量和精度。功率過(guò)低會(huì)導(dǎo)致切割不完全，切口表面粗糙，有掛渣現(xiàn)象；功率過(guò)高則會(huì)使切口邊緣出現(xiàn)燒傷、熔化過(guò)度等問(wèn)題。例如，在切割薄鋁板時(shí)，如果激光功率過(guò)高，鋁板表面容易出現(xiàn)氧化變色和熔渣堆積，影響外觀質(zhì)量。因此，需要根據(jù)材料的特性和切割要求，合理選擇激光功率。 2. 切割速度    - 速度與材料厚度的匹配：切割速度與材料厚度密切相關(guān)。對(duì)于較薄的材料，可以采用較高的切割速度，以提高生產(chǎn)效率；而對(duì)于較厚的材料，切割速度需要適當(dāng)降低，以保證激光束有足夠的能量切割材料。例如，在切割 1mm 厚的碳鋼時(shí)，切割速度可以達(dá)到 10m/min 以上；而切割 10mm 厚的碳鋼時(shí)，切割速度可能只有 1 - 2m/min。    - 速度對(duì)切割質(zhì)量的影響：切割速度的選擇還會(huì)影響切口的質(zhì)量。如果切割速度過(guò)快，激光束來(lái)不及完全熔化或汽化材料，會(huì)導(dǎo)致切口底部出現(xiàn)未切斷的現(xiàn)象，或者切口表面粗糙、有鋸齒；如果切割速度過(guò)慢，材料會(huì)過(guò)度受熱，熱影響區(qū)增大，切口邊緣可能會(huì)出現(xiàn)燒傷、變形等問(wèn)題。例如，在切割亞克力材料時(shí)，切割速度過(guò)快會(huì)使切口出現(xiàn)裂紋和崩邊，而速度過(guò)慢則會(huì)使亞克力材料受熱變形，影響尺寸精度。 3. 輔助氣體壓力與流量    - 氣體壓力的作用：輔助氣體的壓力對(duì)切割過(guò)程有重要影響。適當(dāng)?shù)臍怏w壓力可以有效地吹走熔渣，防止熔渣在切口處堆積，保證切割的連續(xù)性和穩(wěn)定性。同時(shí)，氣體壓力還會(huì)影響激光束與材料的相互作用，對(duì)切割質(zhì)量產(chǎn)生影響。例如，在切割不銹鋼時(shí)，較高的氮?dú)鈮毫�可以使切口更加光滑，減少氧化現(xiàn)象；而在切割碳鋼時(shí)，氧氣的壓力需要根據(jù)切割厚度和速度進(jìn)行調(diào)整，以保證燃燒反應(yīng)的充分進(jìn)行。    - 氣體流量的選擇：輔助氣體的流量也需要根據(jù)切割材料和工藝要求進(jìn)行合理選擇。流量過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致氣流紊亂，影響切割效果；流量過(guò)小則無(wú)法及時(shí)將熔渣吹走，影響切口質(zhì)量。例如，在切割薄金屬板時(shí)，較小的氣體流量就可以滿足要求；而在切割厚板時(shí)，需要較大的氣體流量來(lái)保證切割的順利進(jìn)行。對(duì)于不同的材料，氣體流量的選擇也有所不同。例如，在切割鋁合金時(shí)，氧氣的流量要適當(dāng)控制，以防止氧化反應(yīng)過(guò)于劇烈導(dǎo)致切口質(zhì)量下降。 **四、質(zhì)量控制與檢測(cè)** 1. 切口質(zhì)量評(píng)估    - 表面粗糙度：切口的表面粗糙度是衡量切割質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。表面粗糙度越小，切口表面越光滑，說(shuō)明切割質(zhì)量越好。可以使用粗糙度測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)量切口的表面粗糙度。一般來(lái)說(shuō)，激光切割的切口表面粗糙度可以達(dá)到微米級(jí)別。例如，對(duì)于一些高精度的零件加工，要求切口表面粗糙度在 Ra1.6μm 以下。影響表面粗糙度的因素主要有激光功率、切割速度、輔助氣體壓力和流量等。當(dāng)激光功率過(guò)大、切割速度過(guò)慢或輔助氣體壓力不合適時(shí)，都可能導(dǎo)致表面粗糙度增加。    - 切口寬度：切口寬度也是評(píng)估切割質(zhì)量的重要參數(shù)。切口寬度越窄，材料的浪費(fèi)越少，切割精度越高。切口寬度通常受到激光束直徑、焦距、切割速度等因素的影響。在實(shí)際切割過(guò)程中，要根據(jù)材料的厚度和切割要求，合理調(diào)整這些參數(shù)，以獲得理想的切口寬度。例如，在切割薄金屬板時(shí)，切口寬度可以控制在 0.1 - 0.2mm 左右；而在切割厚板時(shí)，切口寬度會(huì)相應(yīng)增加。    - 掛渣與毛刺：掛渣和毛刺的存在會(huì)影響工件的外觀質(zhì)量和后續(xù)加工。如果切口處有大量的掛渣和毛刺，說(shuō)明切割過(guò)程中存在問(wèn)題，如激光參數(shù)不合適、輔助氣體壓力不足等。可以通過(guò)肉眼觀察或使用顯微鏡來(lái)檢查切口處的掛渣和毛刺情況。對(duì)于一些要求較高的工件，需要進(jìn)行去毛刺處理，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。 2. 尺寸精度測(cè)量    - 長(zhǎng)度和寬度測(cè)量：使用量具（如卡尺、千分尺等）對(duì)切割后的工件進(jìn)行長(zhǎng)度和寬度測(cè)量，檢查其尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求。在測(cè)量時(shí)，要注意測(cè)量點(diǎn)的選擇和測(cè)量方法的準(zhǔn)確性。例如，對(duì)于矩形工件，要分別測(cè)量其長(zhǎng)和寬的多個(gè)位置，取平均值作為最終的測(cè)量結(jié)果。對(duì)于一些高精度的工件，還可以使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等精密測(cè)量設(shè)備來(lái)進(jìn)行測(cè)量，確保尺寸精度在允許的誤差范圍內(nèi)。    - 形狀精度檢查：對(duì)于一些具有特殊形狀的工件，如圓形、弧形等，需要檢查其形狀精度。可以使用圓度儀、輪廓儀等設(shè)備來(lái)測(cè)量工件的形狀誤差。例如，在切割圓形零件時(shí)，要檢查其圓度是否符合要求，偏差是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。對(duì)于一些復(fù)雜形狀的工件，可以采用樣板比對(duì)或三維掃描的方法來(lái)進(jìn)行形狀精度檢查。 3. 內(nèi)部缺陷檢測(cè)    - 金相分析：通過(guò)金相分析可以觀察切割材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和微觀缺陷。將切割后的試樣進(jìn)行研磨、拋光和腐蝕處理，然后在金相顯微鏡下觀察其微觀結(jié)構(gòu)。例如，可以檢查材料在切割過(guò)程中是否出現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)燒、裂紋等缺陷。金相分析可以幫助了解激光切割對(duì)材料性能的影響，為優(yōu)化切割工藝提供依據(jù)。    - 無(wú)損檢測(cè)：對(duì)于一些不允許破壞工件的情況，可以采用無(wú)損檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)內(nèi)部缺陷。常見(jiàn)的無(wú)損檢測(cè)方法有超聲波檢測(cè)、X 射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)等。例如，超聲波檢測(cè)可以檢測(cè)材料內(nèi)部的裂紋、氣孔等缺陷；X 射線檢測(cè)可以檢測(cè)金屬材料內(nèi)部的夾雜物、疏松等缺陷；磁粉檢測(cè)主要用于檢測(cè)鐵磁性材料表面和近表面的裂紋缺陷。這些無(wú)損檢測(cè)方法可以在不損壞工件的情況下，有效地發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量問(wèn)題。

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