提高中厚板的激光切割精度分析

提高中厚板的激光切割精度分析
作者：帅军
来源：《科技创新与生产力》 2014年第5期
帅军
（经纬纺织机械股份有限公司，山西晋中 030601）
摘要：针对中厚板切割质量缺陷进行分析，通过调整百超激光切割机参数，并使用一系列防止过热手段，从而提高中厚板的激光切割精度，成功解决了困扰中厚板切割质量的问题。

关键词：激光切割；中厚板；切割精度
中图分类号：TG485 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2014.05.067
激光切割因其切缝窄、切割质量高、加工形状不受限制等优势，成为钣金加工中不可或缺
的工艺手段。

目前，随着纺机外观质量要求日益提高，对A3热轧中厚板零件中新增定位槽特征以及一些外形复杂的小零件等加工精度提出了新要求。

对此，笔者利用瑞士百超激光切割机的
切割优势，进行中厚板零件高精度激光切割新工艺的开发，旨在解决上述难题。

笔者主要选择
两个典型零件来描述激光切割中厚板的主要质量缺陷。

1 激光切割中厚板主要质量缺陷
图1中钢板的加工难点在于宽度只有4 mm的矩形插槽。

普通激光穿刺的引火孔不但质量比较差，而且穿孔孔径接近甚至超过料厚。

由于无法解决这个矛盾，只能在矩形插槽中央切割
φ8 mm的引火孔，然后切割成腰鼓状的插槽。

不但插槽切割质量较差，而且影响美观。

图2中钢板的特点在于尺寸小，有较为狭窄的连接和许多拐角。

质量缺陷主要体现在切割
断面经常有熔渣、塌边。

特别是拐角大多被烧毁，狭窄连接处经常烧伤甚至烧毁，废品率特别高，成品率有时连20％都很难达到。

2 激光切割中厚板质量缺陷分析
1）受激光穿孔功率的限制，小于料厚的插槽无法完整切割。

插槽间距太小，热量过分集中，相应的物理、化学反应加剧，难以保证切割质量。

2）切割质量下降是热板普遍存在的问题。

因为厚度的增加使得需要融熔的时间增长、化学反应明显，容易使上表面过度燃烧而形成塌边。

此外，热轧钢板表面平整度较差；激光头行进
到此区域容易造成焦点入板量的差异进而影响切割质量。

而且由于热板材料成分不均匀，含杂
质较多的区域也会造成烧伤，容易形成断面粗糙等质量问题。

3）狭窄连接处的严重烧伤是因为热量长时间集中于一处，随着融熔物的热传导和材料的燃烧而造成周边区域的自然熔蚀。

光束在拐角处需要改变运动轨迹，而此时激光输出功率保持不变，造成拐角处热量聚集而自然熔蚀。

3 中厚板零件高精度激光切割新工艺
1）设备新特点。

百超激光切割机基本输出功率为3 000 W，碳钢加工极限为20 mm。

功率
的提高能缩短熔融时间，减少热影响。

中厚板一般能避免原先断面粗糙问题，也新增了调制、
脉冲切割等技术。

2）优化材质。

合金成分是材质中影响切割质量的最大因素。

Si对切割质量影响很大，极
限含量是0.25％。

含碳量的极限是0.8％，含碳量越高，硬度越大，烧伤的可能性也越大。

因
此要求来料必须经过酸洗和轧平，清除表面杂质和保证平整度。

对于精度要求高的零件采用材
质较为均匀的宝钢集团有限公司生产的热板。

3）脉冲穿孔。

普通穿孔时能量均匀照射到材料表面，融化材料形成穿孔，主要应用于薄料。

中厚板因融化时间长，形成大量熔渣，成孔质量很差。

新增脉冲穿孔技术，能量依照频率逐步
深入材料，最终实现穿孔。

成孔质量高，能保证穿孔直径小于料厚。

但穿孔后热量集中在穿孔点，最好冷却一段时间再切割。

这个新技术解决了无法高质量穿孔的难题。

编程时根据料厚薄
选择穿孔方式，对于中厚板选择脉冲穿孔。

4）脉冲切割。

普通切割时激光功率恒定不变，中厚板中狭窄内轮廓和连接处依旧热量集中，切割质量下降。

针对这种问题提供新的切割方式——脉冲切割，能量按频率间隔输出，较为缓
慢地逐步融化材料，进而形成切缝。

能量逐步释放有效地减少了热量集中，特点是切割速度慢，切割质量高，适于切割小于料厚的孔、狭窄轮廓等。

同普通切割相比，速度下降30％，气压减
少10％。

因轮廓特征难以判断，所以编程时需要手工选择脉冲切割模式。

5）特殊切割参数。

过去的激光切割只有速度、功率、频率、占空比4个切割参数。

百超激光切割机提供了丰富的切割参数，一些特殊参数更是针对防止过热而设置的。

但在切割拐角时
需要改变运动轨迹，这时切割速度下降但功率维持不变，直接造成拐角的烧伤。

新增自动调制
模式，在加速、减速、拐角延时期间，系统功率自动调制，根据轴速度变化，激光功率对应调制。

脉宽保持一致，调整频率以改变功率。

特别增加了冷却时间，防止热量在拐角处的集中，
保证切割质量，减少拐角烧伤。

6）编程的新要求。

穿孔时产生的热量在切割前能否消散对切割质量很重要，为减少热影响，引线应该在节约材料的前提下尽可能地长一些。

实践证明，中厚板引线长度选择2倍料厚能比
较好地兼顾这两方面。

选择远离热量可能集中的区域穿孔，能在一定程度上避免过热。

切割顺
序选择随机，使板材自然冷却，避免热量过度集中。

对于精度要求高的零件，可手工将切割顺
序分段进行，保证热量平均分布。

设置预穿孔，预先对所有零件进行穿孔。

喷嘴直径减小、穿孔压力翻倍以免飞溅损伤镜片。

预穿孔完毕后设备自动停在零点，更换喷嘴，恢复穿孔气压，
然后除渣。

穿孔后板材发热膨胀，穿好的孔也发生对应偏移。

冷却板材使之不超过40 ℃后再
切割。

在不影响使用的前提下，选择自动全部倒圆角，为所有拐角增加Ｒ＝0.1～0.3 ｍｍ的圆弧过渡，能减少热影响区，减少毛刺，节约时间，降低零件烧伤。

综上所述，通过切割新技术、特殊切割参数和编程技巧的综合使用，成功解决了困扰中厚
板切割质量的问题。

随着纺机设计用中厚板代替铸件的趋势，激光切割在中厚板加工中有着广
阔的前景。

（责任编辑王雯）。