各种切割方法对比分析报告

切割工艺总结报告
切割工艺分为热切割和冷切割。

热切割利用集中热源使材料分离的方法。

按所用热能种类，热切割分为：①气割(火焰切割)。

用可燃气体同氧混合燃烧所产生的火焰熔化金属并将其吹除而形成切口。

可燃气体一般用乙炔气，也可用石油气、天然气或煤气。

②等离子弧切割。

用等离子弧作为热源，借助高速热离子气体(如氮、氩及氩氮、氩氢等混合气体)熔化金属并将其吹除而成割缝。

同样条件下等离子弧的切割速度大于气割，且切割材料范围也比气割更广。

有小电流等离子弧切割、大电流等离子弧切割和喷水等离子弧切割3种。

③电弧切割。

利用电弧作为热源进行的切割。

其切割质量较气割差，但切割材料种类比气割广泛，所有金属材料几乎都可用电弧切割。

又可分为碳弧切割、气刨和空心焊条电弧切割3种。

④激光切割。

利用激光束作为热源进行的切割。

其温度超过11000℃，足以使任何材料气化。

激光切割的切口细窄、尺寸精确、表面光洁，质量优于任何其他热切割方法。

气割
原理：利用气体火焰的热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使材料燃烧并放出热量，利用切割氧流把熔化状态的金属氧化物吹掉实现切割的方法。

金属的气割过程实质是铁在纯氧中的燃烧过程，而不是熔化过程。

优点
1. 切割钢铁的速度比刀片移动式机械切割工艺快；
2. 对于机械切割法难于产生的切割形状和达到的切割厚度,气割可以很经济地实现；
3. 设备费用比机械切割工具低；
4. 设备是便携式的,可在现场使用;
5. 切割过程中,可以在一个很小的半径范围内快速改变切割方向;
6. 通过移动切割器而不是移动金属块来现场快速切割大金属板;
7. 过程可以手动或自动操作.
缺点
1. 尺寸公差要明显低于机械工具切割;
2. 尽管也能切割像钛这些易氧化金属,但该工艺在工业上基本限于切割钢铁和铸铁;
3. 预热火焰及发出的红热熔渣对操作人员可能造成着火和烧伤的危险;
4. 燃料燃烧和金属氧化需要适当的烟气控制和排风设施;
5. 切割高合金钢铁和铸铁需要对工艺流程进行改进;
6. 切割高硬度钢铁可能需要割前预热,割后继续加热,来控制割口边缘附近钢铁的金相结构和机械性能.
7. 气割不推荐用于大范围的远距离切割.
电弧切割
原理：用电弧作为热源的热切割。

与气割相比，电弧切割质量较差，但因电弧温度较高，能量较集中，能切割的材料种类比气割广泛。

所有的金属材料几乎都可
以用电弧切割。

电弧切割分为碳弧切割、气刨和空心焊条电弧切割3种。

①碳弧切割:用钳式割炬夹持圆柱形、扁形或矩形的碳棒作为电极之一，另一电极为工件。

压缩空气从割炬喷气孔喷出，并沿碳棒侧面或四周喷向电弧在工件上的燃着点，吹除熔化金属和熔渣，形成切口。

碳弧切割可用于切除焊缝缺陷、开坡口、切除铸件冒口、飞边、毛刺和缺陷，以及废品废料的解体等。

②气刨：用碳弧切割的方法在工件表面上开槽。

③空心焊条电弧切割：原理和用途与碳弧切割相似。

电极用特制的空心焊条，焊条的药皮起稳定电弧和增大熔化金属流动性的作用。

压缩空气从焊条中心孔喷出，吹除被电弧熔化的金属和熔渣，形成切口。

分类：电弧切割主要有碳弧气刨、碳弧刨割条和等离子弧切割三种加工方法。

1．等离子弧切割是一种常用的金属和非金属材料切割的工艺方法。

它利用高速、高温和高能的等离子气流来加热和熔化被切割材料。

2．碳弧气刨
碳弧气刨是利用碳极电弧的高温；把金属的局部加热到熔化状态，同时用压缩空气的气流把熔化金属吹掉，从而达到对金属进行切割的一种加工方法。

3．碳弧刨割条
碳弧刨割条的外形与普通焊条相同。

是利用药皮在电弧高温下产生的喷射气流，吹除熔化金属，达到刨割的目的。

工作时只需交、直流弧焊机，不用空气压缩机。

适用范围及特点
（1）在清除焊缝缺陷和清理焊根时，能在电弧下清楚地观察到缺陷的形状和深度，生产效率高，同时可对缺陷进行修复。

（2）可用来加工焊缝坡口，特别适用于开U型坡口；
（3）使用方便，操作灵活；
（4）可进行全位置操作。

可以清理铸件的毛边、飞刺、浇铸冒口及铸件中的缺陷；
（5）加工多种不能用气割加工的金属，如铸铁、高合金钢、铜和铝及其合金等，对有耐腐蚀要求的不锈钢一般不采用此种方法切割。

（6）设备、工具简单，操作使用安全。

（7）碳弧气割可能产生的缺陷有夹碳、粘渣、铜斑、割槽尺寸和形状不规则等。

等离子切割
原理：利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化（和蒸发），并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。

用途：等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，尤其在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法的5~6倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。

高效、应用范围广、切割面光洁、热变形小及适合加工各种形状。

等离子切割具有切割厚度大、切割灵活、装夹工件简单及可以切割曲线等优点，可以广泛应用于所有的金属材料和非金屑材料的切割。

防护要点：1.等离子切割下部应设置水槽，在切割过程中切割部分应放在水下切割，避免产生烟气对人体的毒害
2．在等离子弧切割过程中避免直接目视等离子弧，需佩戴专业防护眼镜及面部罩，避免弧光对眼睛及皮肤的灼伤。

3．在等离子弧切割过程中会产生大量毒害气体，需要通风并佩戴多层过滤的防尘口罩。

4．在等离子弧切割过程中需佩戴毛巾，手套，脚护套等劳护用具，防止四溅的火星对皮肤的灼伤。

5．在等离子弧切割过程中高频振荡器产生的高频以及电磁辐射，会对身体造成损伤。

激光切割
原理：利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。

激光切割属于热切割方法之一。

能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。

利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处理。

利用激光切割设备可切割4mm以下的不锈钢，在激光束中加氧气可切割20mm厚的碳钢，但加氧切割后会在切割面形成薄薄的氧化膜。

切割的最大厚度可增加到20mm，但切割部件的尺寸误差较大。

特点
激光切割与其他热切割方法相比较，总的特点是切割速度快、质量高。

具体概括为如下几个方面。

⑴ 切割质量好
由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。

① 激光切割切口细窄，切缝两边平行并且与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±0.05mm。

② 切割表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激光切割可以作为最后一道工序，无需机械加工，零部件可直接使用。

③ 材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，并且工件变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。

激光切割、氧乙炔切割和等离子切割方法的比较见表1，切割材料为6.2mm厚的低碳钢板。

⑵ 切割效率高
由于激光的传输特性，激光切割机上一般配有多台数控工作台，整个切割过程可以全部实现数控。

操作时，只需改变数控程序，就可适用不同形状零件的切割，既可进行二维切割，又可实现三维切割。

⑶ 切割速度快
用功率为1200W的激光切割2mm厚的低碳钢板，切割速度可达600cm/min；切割5mm厚的聚丙烯树脂板，切割速度可达1200cm/min。

材料在激光切割时不需要装夹固定，既可节省工装夹具，又节省了上、下料的辅助时间。

⑷ 非接触式切割
激光切割时割炬与工件无接触，不存在工具的磨损。

加工不同形状的零件，不需要更换“刀具”，只需改变激光器的输出参数。

激光切割过程噪声低，振动小，无污染。

⑸ 切割材料的种类多
与氧乙炔切割和等离子切割比较，激光切割材料的种类多，包括金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。

但是对于不同的材料，由于自身的热物理性能及对激光的吸收率不同，表现出不同的激光切割适应性。

采用CO2激光器。

⑹ 缺点
激光切割由于受激光器功率和设备体积的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材，而且随着工件厚度的增加，切割速度明显下降。

激光切割设备费用高，一次性投资大。

电火花线切割
原理：利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。

工件安装在工作台上，工作台通常由X轴和Y 轴电动机驱动（见图）。

工具电极（电极丝）为直径0.02～ 0.3毫米的金属丝，由走丝系统带动电极丝沿其轴向移动。

走丝方式有两种：①高速走丝，速度为9～10米/秒，采用钼丝作电极丝,可循环反复使用；②低速走丝，速度小于10米/分，电极丝采用铜丝，只使用一次。

脉冲电源加在工件与电极丝之间，一般工件接正极，电极丝接负极。

工件与电极丝之间用喷嘴喷入工作液(乳化液、去离子水等)。

控制系统根据预先输入的工作程序输出相应的信息，使工作台作相应的移动，工件与电极丝靠近。

当两者接近到适当距离时(一般为0.01～0.04毫米)便产生火花放电，蚀除金属。

金属被蚀除后工件与电极丝之间的距离加大，控制系统根据这一距离的大小和预先输入的程序，不断地发出进给信号，使加工过程持续进行。

电火花线切割加工除具有电火花加工的基本特点外，还有一些其他特点：①不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲面。

②能切割0.05毫米左右的窄缝。

③加工中并不把全部多余材料加工成为废屑，提高了能量和材料的利用率。

④在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝不断更新，有利于提高加工精度和减少表面粗糙度。

⑤电火花线切割能达到的切割效率一般为20～60平方毫米/分，最高可达300平方毫米/分；加工精度一般为±0.01～±0.02毫米，最高可达±0.004毫米；表面粗糙度一般为Rα2.5～1.25微米,最高可达Rα0.63微米；切割厚度一般为40～60毫米，最厚可达600毫米。

电火花线切割加工主要用于模具制造，在样板、凸轮、成形刀具、精密细小零件和特殊材料的加工中也得到日益广泛的应用。

此外，在试制电机、电器等产品时，可直接用线切割加工某些零件，省去制造冲压模具的时间，缩短试制周期。

电子束加工
原理：利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直接使材料升华。

电子束曝光则是一种利用电子束辐射效应的加工方法。

作为加热工具，电子束的特点是功率高和功率密度大，能在瞬间把能量传给工件，电子束的参数和位置可以精确和迅速地调节，能用计算机控制并在无污染的真空中进行加工。

根据电子束功率密度和电子束与材料作用时间的不同，可以完成各种不同的加工。

电子束功率密度达10～10瓦/厘米时，电子束轰击处的材料即局部熔化；当电子束相对工件移动,熔化的金属即不断固化,利用这个现象可以进行材料的焊接。

电
子束焊具有深熔的特点，焊缝的深宽比可达20:1甚至50:1。

这是因为当电子束功率密度较大时，电子束给予焊接区的功率远大于从焊接区导走的功率。

利用电子束焊的这一特点可实现多种特殊焊接方式。

利用电子束几乎可以焊接任何材料，包括难熔金属(W、Mo、Ta、Nb)、活泼金属（Be、Ti、Zr、U）、超合金和陶瓷等。

此外，电子束焊接的焊缝位置精确可控、焊接质量高、速度快，在核、航空、火箭、电子、汽车等工业中可用作精密焊接。

在重工业中，电子束焊机的功率已达100千瓦，可平焊厚度为200毫米的不锈钢板。

对大工件焊接时须采用大体积真空室，或在焊接处形成可移动的局部真空。

用聚焦方法得到很细的、功率密度为 10～10瓦/厘米的电子束周期地轰击材料表面的固定点，适当控制电子束轰击时间和休止时间的比例，可使被轰击处的材料迅速蒸发而避免周围材料的熔化，这样就可以实现电子束刻蚀、钻孔或切割。

同电子束焊接相比,电了束刻蚀、钻孔、切割所用的电子束功率密度更大而作用时间较短。

电子束可在厚度为0.1～6毫米的任何材料的薄片上钻直径为1至几百微米的孔，能获得很大的深度－孔径比，例如在厚度为 0.3毫米的宝石轴承上钻直径为25微米的孔。

电子束还适合在薄片（例如燃气轮机叶片）上高速大量地钻孔。

电子束熔炼法发明于1907年，但直到50年代才用于熔炼难熔金属，后来又用于熔炼活泼金属（如Ti锭）和高级合金钢。

电子束加热可使材料在真空中维持熔化状态并保持很长时间，实现材料的去气和杂质的选择性蒸发，可用来制备高纯材料。

电子束加热是电能转为热能的有效方式之一，大约有50%功率用于熔化和维持液化。

功率在60千瓦以下的电子束熔炼机可用直热式钨丝作为电子枪的阴极。

60千瓦以上熔炼机的电子枪则用间热式块状钽阴极，它由背后的钨丝所发射的电子轰击加热到 2700K，可有每平方厘米为几安的发射电流密度。

电子枪加速电压约30千伏，这样容易防止电击穿和减弱 X射线辐射，电子束用磁聚焦和磁偏转。

电子枪和熔炼室用不同的真空泵抽气，真空度分别维持在10和10帕左右。

80年代已生产出600千瓦级的电子枪。

如需更大功率，可用几支电子枪同时工作。

利用电子束加热可铸造100吨的坯料。

冷切割
冷切割是不加热、不发生火花、不打磨、没有震动、不向材料加应力、保证爆炸物或者石油化学管道没有爆炸危险的状态下切割物体的冷切割工艺。

冷切割有锯切割、线切割、超高压水切割、激光切割等，冷切割的目的是保持现有材料特性。

水切割
原理：水切割，又称水刀切割，是一种利用高压水流切割的机器。

在电脑的控制下能任意雕琢工件，而且受材料质地影响小。

因为其成本低，易操作，良品率又高，水切割正成为工业切割技术方面的主流切割方式。

以加沙情况来分：水切割分为无沙切割和加沙切割两种方式。

以压力来分：分为高压型和低压型，一般以100Mp为界限。

100Mp以上为高压型，100Mp以下为低压型。

而200MP以上为超高压型。

经过大量实验人们发现，当水压超过一定阈值时，即使纯水也会把某些敏感性化学品引爆，而含沙水切割由于水中含有磨料沙，沙子的势能和冲击力和物体碰撞，产生的能量也会引起特殊化学品的不稳定性，经过大量实验和论证，
最后得出其阈值在237.6MP左右。

特点
1、 数控成型各种复杂图案；
2、 属冷切割、不产生热变形或热效应；
3、 环保无污染、不产生有毒气体及粉尘；
4、 可加工各种高硬度的材料，如：玻璃、陶瓷、不锈钢等，或比较柔软的材料， 如：皮革、橡胶、纸尿布等；
5、 是一些复合材料，易碎瓷材料复杂加工的唯一手段；
6、 切口光滑、无熔渣，无需二次加工；
7、 可一次完成钻孔、切割、成型工作；
8、 生产成本低；
9、 自动化程度高；
10、24 小时连续工作。

特点优势
1、 可切割范围广
可以切割绝大部分材料，如：金属，大理石，玻璃 等等。

2、 切割质量好
平滑的切口，不会产生粗糙的，有毛刺的边缘。

3、 无热加工
因为它是采用水和磨料切割，在加工过程中不会产生热（或产生极少热量），这种效果对被热影响的材料是非常理想的。

如：钛。

4、 环保性
这种机器采用水和沙切割，这种沙在加工过程中不会产生毒气，可直接排出，较环保。

5、 无需更换刀具
你不需要更换切割机装置，一个喷嘴就可以加工不同类型的材料和形状，节约成本和时间。

6、 减少毛刺
采用磨料砂的水刀切割，切口只有较少的毛刺
7、 编程迅速
程序主要是由CAD制图软件生成，你可以在layout中随意设计线图，或输入从其他软件中生成的DXF文件，另外，机器支持第三方软件，如nesting嵌套排版软件（用于把图形在工件中添满，能最大限度地减少工件损耗） .
8、 快速的编程
可以把其他软件生成的程序调入机器，它能够从CAD建立起刀具路径，并能把刀头的精确定位和切割速度在超过2,000点/英寸（800点/cm）计算出来，你需要做的只是指定你要切割的材料和厚度，其他的工作交给机器去完成.
9、 与其他设备组合，可以进行分别操作.
水切割机可和其他的加工设备组配（如钻削头），充分利用其性能，优化材料利用程度.
10、 减少调整次数
对工件只需要很小的侧压就能固定好，减少复杂的装夹带来的麻烦.
11、无切割方向之限制 → 可完成各种不同的切割形状。

12、所产生横向及纵向的作用力极小 → 可降低设定时间及使用夹治具的成本。

13、用同一种机器即可完成钻孔及切割功能 → 可降低制程时间及切割成本。

14、不会产生热效应或变形或细微的裂缝 → 不需二次加工，可节省时间及制造成本。

15、不会产生具毒性的气体 → 可为操作人员提供更好的工作环境。

16、不会产生毛边 → 可缩短工件制造所需时间及制造成本。

17、切口细 → 可减少大量废弃材料的产生，节省直接制造成本。

18、一次即可完成工件之切割且拥有良好的切边品质 → 可降低制程时间及成本。

19、依设计及工件材质的不同来作弹性的调整 → 可缩短从接单至成品产出的时间，提升您的产能，为您的企业带来更多的商机。

切割材料
超高压水刀可切割各种厚、坚硬之材料：如不锈钢、铝、铜、钢铁、大理石、合金金属、玻璃、塑料、陶瓷、磁砖及各种可看得到之材料。

切割精度
其切割工件之精度介于0.1mm～0.25mm之间。

工件之精度决定于机器之精度、切割工件之大小及厚度。

切隙宽度
需视切割工作材质大小厚薄与所使用的喷嘴而定。

一般而言，加砂切割之切口约为1.0mm至1.2mm。

随着砂刀管的直径扩口，其切口也就愈大。

切割斜边
所运转之切割速度决定其斜边品质。

大部份所看到好的切割品质之单侧斜边为0.1mm左右。

适用范围
一般而言，以复杂图案、厚、难切、易碎与怕热之材料，最适合使用水刀切割为加工设备。

水刀与雷射之比较？
雷射切割是一种提高产能的制造法，当然也是有它的用途。

而水刀在某些方面确实是优于雷射：
.. a.没有切割厚度的限制
b.像黄铜、铝等反射性材质亦可切割
c.无需投入热能，所以不会燃烧或产生热效应
d.当您变更切材时，您唯一所需变更的是切割速度；而不须变更气体、聚焦或其它对象
e.可容易安装更多的切割头来增加产能
f.雷射设备的保养更专业化且困难度较高
g.您只需以购买雷射设备1/2至1/3之价格就可拥有一套完整的水刀设备。

水刀与线切割之比较？
线切割十分精确但是切割速度非常的慢，它需要导电体材且会产生热效应。

水刀与铣削之比较？
您若是要切割工件的外围及打孔，与其用盲孔、钻孔及螺纹方式，还不如选择速度更快、更容易安排及更便宜的砂刀。

其主要原因是我们只须水切割一次加工即可完成工件之切割，而不必将所有的金属磨成碎片。

当需要切割高精度的工件时，砂刀是可用来生产接近成品的工具机，一次加工即可且不会产生热效应。

除此之外，砂刀所产生的废料通常也是比较有价值的，因为它是整片形式而非碎屑，可再次利用。

水刀与电弧及火焰切割之比较？
显而易见的，Plasma属于热加工过程，会使成品产生热效应。

而使用砂刀其表面的处理通常会比较好，在工件的背面不会有浮渣，可减少二次加工。

砂刀切割没有厚度的限制，且切割图形之排版间距可缩小以节省材料成本。

水切割与激光切割比较
激光切割设备的投资较大，大多用于薄钢板、部分非金属材料的切割，切割速度较快，精度较高，但激光切割时在切缝处会引起弧痕并引起热效应；另外对有些材料激光切割不理想，如铝、铜等有色金属、合金，尤其是对较厚金属板材的切割，切割表面不理想，甚至无法切割。

而人们对大功率激光发生器的研究，就是力图解决厚钢板的切割，但设备投资、维护保养和运行消耗等成本也很可观。

水切割投资小,运行成本低,切割材料范围广,效率高，操作维修方便。

水切割与等离子切割比较
等离子切割有明显的热效应，精度低，切割表面不容易再进行二次加工。

水切割属于冷态切割,无热变形,切割面质量好,无须二次加工，如需要也很容易进行二次加工。

水切割与线切割比较
对金属的加工，线切割有更高的精度，但速度很慢，有时需要用其它方法另外穿孔、穿丝才能进行切割，而且切割尺寸受到很大局限，水切割可以对任何材料打孔、切割，切割速度快,加工尺寸灵活。

水切割与其它切割方法比较
对一些金属零件可采取冲剪工艺方法，效率高、速度快，但需要特定的模具和刀具，水切割与该切割方法相比柔性好，可随时进行任意形状工件的切割加工，尤其在材料厚、硬度高等情况下，冲剪工艺将很难或无法实现，而用水切割方法则较为理想；火焰切割也是金属领域常用的切割工艺，切割的厚度范围非常大，但与水切割相比其热效应明显、切割表面质量和精度较差，另外水切割能很好地解决一些熔点高、合金、复合材料等特殊材料的切割加工。

在玻璃、石材、陶瓷等切割加工行业，传统的方法是用金刚石刀具进行切、锯、铣等，切割的厚度范围非常大、速度较快，但对常规厚度的板材，水切割可进行高精度的任意曲线的切割加工，成品率高，降低生产成本，且大大提高加工产品的附加值。