激光切割是利用經(jīng)聚焦后的高功率、高能量密度的激光束照射到要加工的板材上，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將板材割開。激光切割技術(shù)用于金屬板材加工，具有智能化、高效率、高質(zhì)量、產(chǎn)品生產(chǎn)周期短、柔性化程度高的特性，在軌道交通、汽車、工程機(jī)械、電氣制造、家用電器等各種機(jī)械制造加工行業(yè)有著非常廣闊的應(yīng)用。隨著切割工藝技術(shù)不斷創(chuàng)新及應(yīng)用，穿孔慢、厚板切割難、斷面質(zhì)量差、整板不穩(wěn)定生產(chǎn)等難題取得了突破性攻克，實(shí)現(xiàn)設(shè)備長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，幫助加工方提效增值。激光切割工藝技術(shù)專為提升產(chǎn)品性能、滿足各行業(yè)金屬板材加工要求而研究開發(fā)，依據(jù)板材在厚度、加工幅面及加工復(fù)雜程度等方面不同，形成了高功率切割、共邊切割、亮面切割、高壓空氣切割等領(lǐng)先工藝，使得光纖激光切割機(jī)如虎添翼。
圖1 G4020HF系列超高速光纖激光切割機(jī)
高功率厚板切割工藝
近幾年，激光切割的市場需求不斷加大，人們對(duì)于其加工能力的期待也越來越高，這種期待不僅僅是對(duì)能夠切，還必須保證切得好和切得快。針對(duì)25mm以上厚度的碳鋼板，為了獲得良好的切割效果，大族激光智能裝備集團(tuán)以厚板穿孔、切割面質(zhì)量及整板加工等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)作為主攻方向，隨著萬瓦級(jí)功率切割技術(shù)不斷成熟且越多的被用于實(shí)際金屬板材加工中，積累了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并逐漸掌握了厚板高品質(zhì)切割工藝。當(dāng)前25mm以上厚度碳鋼已實(shí)現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn)，25mm碳鋼切割速度達(dá)1.2m/min。
50mm不銹鋼
圖3 25mm碳鋼批量化生產(chǎn)
高壓空氣切割工藝
隨著激光加工的普及，客戶對(duì)于高切割速度、低加工成本的要求不斷加深。通過采用高壓空氣切割工藝，可降低切割氣體消耗成本，同時(shí)對(duì)過濾系統(tǒng)的要求也將更高，以保證較高的空氣質(zhì)量，相對(duì)于傳統(tǒng)氧氣切割，高壓空氣切割速度可實(shí)現(xiàn)成倍式增長，且切割錐度小。未來，大族激光智能裝備集團(tuán)將不斷推進(jìn)“高壓空氣切割”的實(shí)例應(yīng)用,加快高壓空氣切割碳鋼板工藝革新，當(dāng)前超高功率激光設(shè)備配備大壓力、大流量空壓機(jī)的加工應(yīng)用正處于穩(wěn)步推進(jìn)中。
圖4 高壓空氣切割8mm、6mm、5mm、4mm、3mm碳鋼樣件
圖5 高壓空氣切割16mm、12mm、10mm碳鋼樣件
亮面切割工藝
亮面切割是使用氧氣切割碳鋼的一種工藝，主要用于中厚度碳鋼的切割。過薄的碳鋼板直接用氧氣切割，難以達(dá)到亮面切割的效果，而過厚的碳鋼板需要使用較大的噴嘴來切割，以保證氣流量和焦點(diǎn)高度，因此也無法實(shí)現(xiàn)亮面切割。
亮面切割的目的是要求切割斷面非常光亮，而想要達(dá)到該效果，必須滿足必要的切割條件：使用較小的噴嘴，保證出氣的密集度；使用較小的氣壓，防止氧氣過多以避免斷面過燒；使用較快的切割速度；使用高焦點(diǎn)，焦點(diǎn)越高割縫越大，排氣效果越好。
共邊切割工藝
在激光加工過程中采用共邊切割可以節(jié)省切割時(shí)間及減少穿孔次數(shù)，效益顯著，但共邊切割需要依賴智能化的編程軟件和合理的編程。在加工過程中，板材的熱變形會(huì)降低切割精度，板材的翹起會(huì)發(fā)生碰撞報(bào)警，以致切割不流暢，因此當(dāng)編程不合理時(shí)，共邊切割的效率反而會(huì)低于不共邊切割。為此，提出了行之有效的解決方案：
使用預(yù)切割。預(yù)切割即在切割到公共邊時(shí)提前將第二個(gè)零件加工一段距離，從而避免由于板材翹起導(dǎo)致碰撞報(bào)警。
合理的使用CAD排版。當(dāng)工件易熱變形且加工精度要求較高時(shí)，需要借助CAD排版，并通過編程軟件的手動(dòng)功能，合理的指定切割順序。
添加微連接。使用微連接可以有效的避免由于板材熱變形而引起工件翹起，提高切割流暢性及切割嘴和陶瓷環(huán)的使用壽命。
影響板材激光切割的要素
功能強(qiáng)大的切割工藝推動(dòng)了激光切割行業(yè)高速發(fā)展，激光切割產(chǎn)品的加工水平、穩(wěn)定性大幅提升。加工過程中，切割工藝受到工藝參數(shù)、材料質(zhì)量、氣體純度、光束質(zhì)量等因素的影響，對(duì)影響切割工藝的因素進(jìn)行分析，以提高工藝在生產(chǎn)加工中的實(shí)用性。
功率對(duì)切割的影響
功率對(duì)切割的影響主要表現(xiàn)在切割斷面的質(zhì)量。激光切割時(shí)，若功率設(shè)定過大，將導(dǎo)致整個(gè)切割面熔化且切縫過大，無法獲得良好的切割質(zhì)量；功率設(shè)定不足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生切割熔漬，切割斷面上會(huì)產(chǎn)生瘤疤；甚至功率過小，無法對(duì)工件進(jìn)行切割。特別是針對(duì)厚度較大板材，在穿孔、切割面及整板切割等方面要求極高，需要實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定切割，就不得不依賴于高功率切割技術(shù)，其中以萬瓦級(jí)激光切割技術(shù)為代表。
速度對(duì)切割的影響
速度對(duì)于不同材料的影響基本是一致的。速度太快，可能造成無法切割、火花四濺，或切割斷面呈現(xiàn)斜條紋路，導(dǎo)致整個(gè)切割斷面較粗及下半部分產(chǎn)生熔漬。速度太慢，會(huì)導(dǎo)致切割板材過熔，切割斷面較粗糙，切縫會(huì)相應(yīng)變寬，在較小圓角或者尖角部位造成整個(gè)區(qū)域熔化，得不到理想的切割效果。
從切割火花可判斷進(jìn)給速度的快慢：一般切割火花是由上往下擴(kuò)散的，火花傾斜，則進(jìn)給速度太快；若火花呈現(xiàn)不擴(kuò)散且少，凝聚在一起，則說明進(jìn)給速度太慢。
噴嘴對(duì)切割的影響
通常，噴嘴對(duì)切割的影響主要體現(xiàn)在噴嘴不圓造成光束與氣流同軸度不佳，造成切割斷面不一致甚至無法切割，割嘴表面因碰撞或熔漬粘連造成表面凹凸不平，影響隨動(dòng)和切割效果。噴嘴孔徑的大小對(duì)切割質(zhì)量、穿孔質(zhì)量有絕對(duì)性的影響，噴嘴孔徑越大，對(duì)保護(hù)鏡的保護(hù)能力就越差，切割時(shí)熔化物的火花飛濺，往上彈的幾率很大，使得鏡片的壽命縮短。
圖12 切割嘴對(duì)比
激光切割工藝不斷創(chuàng)新、變革，以適應(yīng)復(fù)雜多變的加工環(huán)境及加工需求，逐步形成了一系列完整的板材加工解決方案，不同功率、不同加工幅面的光纖激光切割機(jī)得以在鈑金行業(yè)高效穩(wěn)定運(yùn)行，加工工件品質(zhì)高、實(shí)用性強(qiáng)，工件切割成型后，可直接用于焊接、折彎等再加工。面對(duì)多品種、小批量、定制化的訂單趨勢，未來大族激光將建設(shè)集切割、焊接、折彎、表面處理等激光加工工序于一體的智能化工廠，在降低人工成本之余，智能工廠可實(shí)現(xiàn)硬件、軟件、服務(wù)互聯(lián)，助力中國工業(yè)制造加速轉(zhuǎn)型升級(jí)。
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