淺談激光切割在鈑金行業(yè)的運(yùn)用

鈑金車間傳統(tǒng)加工方式包括剪板、沖裁和折彎等工藝流程。其中沖裁工藝需要大量的模具，具有少切削及無切削工藝特征。在一個產(chǎn)品加工時一般會配備幾十套模具，甚至有的產(chǎn)品可能需要上百套模具。從經(jīng)濟(jì)角度上看，配備大量的模具，產(chǎn)品的成本相應(yīng)增加，造成資金浪費(fèi)。為適應(yīng)現(xiàn)代鈑金加工，降低生產(chǎn)成本和提高加工工藝，激光加工技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。

隨著激光切割機(jī)的應(yīng)用，鈑金加工工藝得到了飛速發(fā)展，并給鈑金制作加工帶來了革命性理念。激光切割工藝以及激光切割機(jī)設(shè)備正在被廣大板材加工企業(yè)所熟悉接受，并以其加工效率高、加工精度高、切割斷面質(zhì)量好、可進(jìn)行三維切割加工等諸多優(yōu)勢逐步取代傳統(tǒng)鈑金切割設(shè)備（以數(shù)控設(shè)備為主，包括剪床、沖床、火焰切割、等離子切割、高壓水切割等傳統(tǒng)的板材加工設(shè)備）。激光加工技術(shù)在鈑金加工工藝中具有很重要的位置，提高了鈑金工藝勞動生產(chǎn)率，推動了鈑金工藝的發(fā)展。激光切割機(jī)柔性化程度高,可以大大地縮減加工周期，切割速度快，出產(chǎn)效率高，提高加工精度，加快產(chǎn)品的開發(fā)速度，這些優(yōu)點(diǎn)被眾多制造企業(yè)關(guān)注。

激光切割機(jī)是將激光器發(fā)射出的激光，經(jīng)光路系統(tǒng)，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(dá)到熔點(diǎn)或沸點(diǎn)，同時與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。隨著光束與工件相對位置的移動，最終使材料形成切縫，從而達(dá)到切割目的。激光切割加工是用不可見的光束代替了傳統(tǒng)的機(jī)械刀，具有精度高、切割快速、不受切割圖案限制、自動排版節(jié)省材料、切口平滑、加工成本低等特點(diǎn)，將逐漸改進(jìn)或取代傳統(tǒng)金屬切割設(shè)備。激光刀頭的機(jī)械部分與工件無接觸，在工作中不會對工件表面造成劃傷；激光切割速度快，切口光滑平整，一般無需后續(xù)加工；切割熱影響區(qū)小，板材變形小，切縫窄（0.1～0.3mm）；切口沒有機(jī)械應(yīng)力，無剪切毛刺；重復(fù)性好，不損傷材料表面，數(shù)控編程，可加工任意平面圖，對幅面很大的整板切割，無需開發(fā)模具，經(jīng)濟(jì)省時。一般來講，建議12mm以內(nèi)的碳鋼板、10mm以內(nèi)的不銹鋼板推薦使用激光切割機(jī)。激光切割機(jī)無切削力，加工無變形，無刀具磨損，材料適應(yīng)性好。無論是簡單還是復(fù)雜零件，都可以用激光一次精密快速成形切割?？蓪?shí)現(xiàn)切割自動排樣、套料，提高了材料利用率，經(jīng)濟(jì)效益好。

激光切割機(jī)分類

根據(jù)激光發(fā)生器的不同，目前市面上大致可分為三種激光切割機(jī)：CO2激光切割機(jī)、YAG（固體）激光切割機(jī)、光纖激光切割機(jī)。

CO2激光切割機(jī)

CO2激光切割機(jī)：可以穩(wěn)定切割20mm以內(nèi)的碳鋼、10mm以內(nèi)的不銹鋼、8mm以下的鋁合金。CO2激光器波長為10.6μm，比較容易被非金屬吸收，可以高質(zhì)量地切割木材、亞克力、PP、有機(jī)玻璃等非金屬材料，但是CO2激光的光電轉(zhuǎn)化率只有10%左右。CO2激光切割機(jī)在光束出口處裝有噴吹氧氣、壓縮空氣或惰性氣體N2的噴嘴，用來提高切割速度和保證切口的平整光潔。為了提高電源的穩(wěn)定性和壽命，CO2氣體激光要解決大功率激光器的放電穩(wěn)定性。根據(jù)國際安全標(biāo)準(zhǔn)，激光危害等級分4級，CO2激光屬于危害最小的一級。

主要優(yōu)點(diǎn)：功率大，一般功率都在2000～4000W之間，能切割25mm以內(nèi)的全尺寸不銹鋼、碳鋼等常規(guī)材料、以及4mm以內(nèi)鋁板和60mm以內(nèi)的亞克力板、木質(zhì)材料板、PVC板，切割薄板時速度很快。另外由于CO2激光器輸出的是連續(xù)激光，在切割時是三種激光切割機(jī)中切割斷面最光滑的。

主要市場定位：6～25mm的中厚板切割加工，主要針對大中型企業(yè)以及部分純對外激光切割加工企業(yè)。由于其激光器維護(hù)耗損大，主機(jī)耗電量大等無法克服因素，近年來受到光纖激光切割機(jī)的巨大沖擊，市場處于明顯萎縮狀態(tài)。

YAG（固體）激光切割機(jī)

YAG固體激光切割機(jī)具有價格低、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，但能量效率一般低于3%。目前產(chǎn)品的輸出功率大多在800W以下，由于輸出能量小，主要用于打孔和點(diǎn)焊及薄板切割。它的綠色激光束可在脈沖或連續(xù)波的情況下應(yīng)用，具有波長短、聚光性好特點(diǎn)，適于精密加工特別是在脈沖下進(jìn)行孔加工的情況，也可用于切削、焊接和光刻等。YAG固體激光切割機(jī)激光器的波長不易被非金屬吸收，故不能切割非金屬材料，且YAG固體激光切割機(jī)需要提高電源穩(wěn)定性和壽命。需要研制大容量、長壽命光泵激勵光源，采用半導(dǎo)體光泵可使能量效率大幅度增長。

主要優(yōu)點(diǎn)：能切割其他激光切割機(jī)無法切割的鋁板、銅板以及大多數(shù)有色金屬材料。機(jī)器采購價格便宜、使用成本低、維護(hù)簡單，大部分關(guān)鍵技術(shù)已被國內(nèi)企業(yè)所掌握。配件價格及維護(hù)成本低，且機(jī)器操作維護(hù)簡單，對工人人員素質(zhì)要求不高。

主要市場定位：8mm以下切割。主要針對自用型中小企業(yè)和加工要求不是特別高的大多數(shù)鈑金制造、家電制造、廚具制造、裝飾裝潢、廣告等行業(yè)用戶，未來可能逐步取代線切割、數(shù)控沖床、水切割、小功率等離子等傳統(tǒng)加工設(shè)備。

光纖激光切割機(jī)

光纖激光切割機(jī)可以通過光纖傳輸，柔性化程度空前提高，故障點(diǎn)少、維護(hù)方便、速度快，在切割4mm以內(nèi)薄板時具有很大優(yōu)勢，但是受固體激光波長的影響，其在切割厚板時質(zhì)量較差。光纖激光器切割機(jī)波長為1.06μm，不易被非金屬吸收，故不能切割非金屬材料。光纖激光的光電轉(zhuǎn)化率高達(dá)25%以上，在電費(fèi)消耗、配套冷卻系統(tǒng)參數(shù)等方面光纖激光優(yōu)勢相當(dāng)明顯。根據(jù)國際安全標(biāo)準(zhǔn)，光纖激光由于波長短，對眼睛傷害很大，屬于危害最大的一級。出于安全考慮，光纖激光加工需要在全封閉的環(huán)境進(jìn)行。光纖激光切割機(jī)作為一種新興激光技術(shù)，普及程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如CO2激光切割機(jī)。

主要優(yōu)點(diǎn)：光電轉(zhuǎn)換率高、電力消耗少、能切割12mm以內(nèi)的不銹鋼板、碳鋼板，是這三種機(jī)器中切割薄板速度最快的激光切割機(jī)。割縫細(xì)小、光斑質(zhì)量好，可用于精細(xì)切割。

主要市場定位：12mm以下切割，尤其是薄板的高精密加工。主要針對加工精度及效率要求極高的廠家。估計伴隨著5000W及以上激光器的出現(xiàn)，光纖激光切割機(jī)最終會取代CO2大功率激光切割機(jī)的大部分市場。