鈑金件數控激光切割表面質量的工藝參數優化

鞏蕊

摘要：本文基于激光切割理論，結合噴嘴結構、氣流、輔助氣體、切割速度及功率等工藝參數，總結出最優工藝參數。

關鍵詞：激光切割 工藝參數優化

一、引言

激光切割不僅是一種先進制造技術，而且是激光加工領域中的重要部分。激光切割與其他切割方法相比，最大區別是不需要模具，還可以替代傳統的沖切加工方法；不但能大大縮短鈑金件的生產周期，還能降低成本。

本公司正是看到了其中的優點才引進了數控激光設備，但在后期的使用過程中遇到了些問題，打破了原有的生產節奏，影響了生產進度。希望通過本次實驗可以找到優化方法以保證切割合格率，降低公司成本，提高生產效率。

二、實驗方法

實驗所用的激光切割設備是德國通快公司的TruLaser3040機型，ToPs100編程軟件。該設備中內置了一個符合EN 60825-1的4級C02激光器。

（1）分別以厚度為2mm、4mm、6mm、8mm的0cr18ni9材質鋼板為實驗對象，結合噴嘴結構、氣流、輔助氣體、切割速度、焦點位置及功率等工藝參數，在生產過程中收集實驗數據。

（2）分別以厚度為2mm、4mm、6mm、8mm的q235-a材質鋼板為實驗對象，結合噴嘴結構、氣流、輔助氣體、切割速度、焦點位置及功率等工藝參數，在生產過程中收集實驗數據。

（3）對4mm以下的異形薄板鈑金件，在生產過程中收集按不同路徑切割的工件實驗數據。

（4）針對德國Trumpf公司的TruLaser3040機型在ToPs100編程軟件使用過程中進行創新，以提高板材利用率達到節約成本的目標。

三、實驗結果與分析

（一）噴嘴結構的合理選擇

噴嘴結構主要根據工件板厚的情況進行調整。圖1是兩組工件斷面切割圖，從圖中可以看出，工件切割邊緣易形成毛刺狀熔渣。通過多次實驗我們得出：

切割厚度在4mm以下的工件時選用焦距為5.0in的透鏡配合射口直徑為1.0mm的銅制噴嘴切割質量較好；4mm以上的碳鋼或.不銹鋼工件時選用焦距為7.0in的透鏡配合射口直徑為2.1mm的銅制噴嘴切割質量較好。

（二）輔助氣體氣流的合理選擇

在輔助氣體的選擇上主要依據工件的材質，通過實驗發現：在切割材質為Ocr18ni9的不銹鋼板時選用純度為99.99%5.0的氦氣切割質量較好；在切割材質為q235-a的碳鋼板時選用純度為99.95%3.5的氧氣切割質量較好。

（三）激光輸出功率和切割速度對切割質量的影響

速度不但與激光功率有關，還與切割速度有關。圖2分別是兩種工件表面的切割質量。從圖中可以看出，激光切割速度過快或過慢都會形成熔渣影響切口效果。通過實驗發現：

（1）在切割2mm及以下的薄板時選用激光功率2000W的工作模式，以6m/min的切割速度獲得的切割質量較好。（2）在切割厚度為2mm-6mm之間的工件時選用激光功率3200W的工作模式，以3m/min的切割速度獲得的切割質量較好。（3）在切割6mm以上的工件時選用激光功率3200W的工作模式，以1.5m/min的切割速度獲得的切割質量較好。

（四）焦點位置的合理選擇

將焦點調整到剛處于噴嘴下，噴嘴與工件表面間距一般為1.5mm左右或位于板厚的1/3處可獲得較好的切割質量。

（五）切割路徑對切割質量的影響

激光切割在加工零件時，首先要在鋼板上形成熱熔點，然后激光束從熱熔點開始沿輪廓線移動。通過實驗發現，切割路徑的選擇上主要注意以下兩個方面：

（1）當工件輪廓為長方形時，如果大批量的切割同一個工件，在切割時需要把激光的引弧點放在先切較長邊的那端，這樣通過路徑優化就不會造成相鄰的工件長邊切割變形的情況發生。如下圖所示，在切割這類工件時，應該將穿刺點放在A點或B點，以保證切割的時候先切割AB邊，然后再切割其他邊。如果先切割AD邊，就有可能在最后切割AB邊時，工件由于自重在工作臺上向一邊傾斜，使切割出的長邊有微微的弧狀變形。（2）當工件輪廓中含有銳角時，系統自動在銳角區圓滑過度，為了切割外形美觀應將引弧點避開銳角區域。如下圖所示，應將引弧點放在工件的直邊處或有較長直線段的區域，這種情況適合在對稱件的制作過程中，可以保證兩邊的切割外形和質量一致，保證工件美觀。式。共邊切割不僅節省了材料，還某種程度上縮短了切割路徑，降低了輔助氣體的損耗，降低了生產成本。

可根據工件形狀采取不同的切割和套料方式，再就是對一些含有大孔的鈑金件，可以采用共邊切割方法達到提升利用率的效果，在一定程度上節約了板材。同時，兩個零件的共用邊只進行一次切割，還能降低切割過程中輔助氣體等耗材的消耗。如下圖所示，三個法蘭之間便采用了共邊切割的方

四、結論

通過實驗發現，在激光切割過程中要想保證切割質量以下幾點至關重要：

首先要根據工件的材質在激光器的噴嘴結構、切削氣體、焦點位置參數的選取上嚴格按照實驗中的參數進行選擇。

其次針對不同板厚的工件切割質量受激光輸出功率、切割速度參數的影響較大，在這兩種參數的設定上要按照實驗中總結的數據進行設定。其中最為顯著的是切割速度，為保證產品的技術性，獲得良好的切割質量，需要選擇合適的切割速度。同時達到提高板材的利用率，降低生產成本的目標。

通過以上兩個方面在提高激光切割質量的同時，切割效率也有大幅提升，通過提高質量減少錯誤率，提升效率每年可為公司節省約20%的材料成本，提升企業生產效率。