钣金件数控激光切割表面质量的工艺参数优化

巩蕊

摘要：本文基于激光切割理论，结合喷嘴结构、气流、辅助气体、切割速度及功率等工艺参数，总结出最优工艺参数。

关键词：激光切割 工艺参数优化

一、引言

激光切割不仅是一种先进制造技术，而且是激光加工领域中的重要部分。激光切割与其他切割方法相比，最大区别是不需要模具，还可以替代传统的冲切加工方法；不但能大大缩短钣金件的生产周期，还能降低成本。

本公司正是看到了其中的优点才引进了数控激光设备，但在后期的使用过程中遇到了些问题，打破了原有的生产节奏，影响了生产进度。希望通过本次实验可以找到优化方法以保证切割合格率，降低公司成本，提高生产效率。

二、实验方法

实验所用的激光切割设备是德国通快公司的TruLaser3040机型，ToPs100编程软件。该设备中内置了一个符合EN 60825-1的4级C02激光器。

（1）分别以厚度为2mm、4mm、6mm、8mm的0cr18ni9材质钢板为实验对象，结合喷嘴结构、气流、辅助气体、切割速度、焦点位置及功率等工艺参数，在生产过程中收集实验数据。

（2）分别以厚度为2mm、4mm、6mm、8mm的q235-a材质钢板为实验对象，结合喷嘴结构、气流、辅助气体、切割速度、焦点位置及功率等工艺参数，在生产过程中收集实验数据。

（3）对4mm以下的异形薄板钣金件，在生产过程中收集按不同路径切割的工件实验数据。

（4）针对德国Trumpf公司的TruLaser3040机型在ToPs100编程软件使用过程中进行创新，以提高板材利用率达到节约成本的目标。

三、实验结果与分析

（一）喷嘴结构的合理选择

喷嘴结构主要根据工件板厚的情况进行调整。图1是两组工件断面切割图，从图中可以看出，工件切割边缘易形成毛刺状熔渣。通过多次实验我们得出：

切割厚度在4mm以下的工件时选用焦距为5.0in的透镜配合射口直径为1.0mm的铜制喷嘴切割质量较好；4mm以上的碳钢或.不锈钢工件时选用焦距为7.0in的透镜配合射口直径为2.1mm的銅制喷嘴切割质量较好。

（二）辅助气体气流的合理选择

在辅助气体的选择上主要依据工件的材质，通过实验发现：在切割材质为Ocr18ni9的不锈钢板时选用纯度为99.99%5.0的氦气切割质量较好；在切割材质为q235-a的碳钢板时选用纯度为99.95%3.5的氧气切割质量较好。

（三）激光输出功率和切割速度对切割质量的影响

速度不但与激光功率有关，还与切割速度有关。图2分别是两种工件表面的切割质量。从图中可以看出，激光切割速度过快或过慢都会形成熔渣影响切口效果。通过实验发现：

（1）在切割2mm及以下的薄板时选用激光功率2000W的工作模式，以6m/min的切割速度获得的切割质量较好。（2）在切割厚度为2mm-6mm之间的工件时选用激光功率3200W的工作模式，以3m/min的切割速度获得的切割质量较好。（3）在切割6mm以上的工件时选用激光功率3200W的工作模式，以1.5m/min的切割速度获得的切割质量较好。

（四）焦点位置的合理选择

将焦点调整到刚处于喷嘴下，喷嘴与工件表面间距一般为1.5mm左右或位于板厚的1/3处可获得较好的切割质量。

（五）切割路径对切割质量的影响

激光切割在加工零件时，首先要在钢板上形成热熔点，然后激光束从热熔点开始沿轮廓线移动。通过实验发现，切割路径的选择上主要注意以下两个方面：

（1）当工件轮廓为长方形时，如果大批量的切割同一个工件，在切割时需要把激光的引弧点放在先切较长边的那端，这样通过路径优化就不会造成相邻的工件长边切割变形的情况发生。如下图所示，在切割这类工件时，应该将穿刺点放在A点或B点，以保证切割的时候先切割AB边，然后再切割其他边。如果先切割AD边，就有可能在最后切割AB边时，工件由于自重在工作台上向一边倾斜，使切割出的长边有微微的弧状变形。（2）当工件轮廓中含有锐角时，系统自动在锐角区圆滑过度，为了切割外形美观应将引弧点避开锐角区域。如下图所示，应将引弧点放在工件的直边处或有较长直线段的区域，这种情况适合在对称件的制作过程中，可以保证两边的切割外形和质量一致，保证工件美观。式。共边切割不仅节省了材料，还某种程度上缩短了切割路径，降低了辅助气体的损耗，降低了生产成本。

可根据工件形状采取不同的切割和套料方式，再就是对一些含有大孔的钣金件，可以采用共边切割方法达到提升利用率的效果，在一定程度上节约了板材。同时，两个零件的共用边只进行一次切割，还能降低切割过程中辅助气体等耗材的消耗。如下图所示，三个法兰之间便采用了共边切割的方

四、结论

通过实验发现，在激光切割过程中要想保证切割质量以下几点至关重要：

首先要根据工件的材质在激光器的喷嘴结构、切削气体、焦点位置参数的选取上严格按照实验中的参数进行选择。

其次针对不同板厚的工件切割质量受激光输出功率、切割速度参数的影响较大，在这两种参数的设定上要按照实验中总结的数据进行设定。其中最为显著的是切割速度，为保证产品的技术性，获得良好的切割质量，需要选择合适的切割速度。同时达到提高板材的利用率，降低生产成本的目标。

通过以上两个方面在提高激光切割质量的同时，切割效率也有大幅提升，通过提高质量减少错误率，提升效率每年可为公司节省约20%的材料成本，提升企业生产效率。