激光切割加工方法一、激光切割加工概述

激光切割加工是一種利用高能量密度的激光束對材料進行熔化、汽化或燒蝕，從而實現(xiàn)材料切割的高精密加工方法。該方法具有切割精度高、速度快、熱影響區(qū)小、適用材料范圍廣等優(yōu)點，廣泛應用于制造業(yè)、廣告業(yè)、裝飾業(yè)等領(lǐng)域。

二、激光切割加工方法

（一）激光切割原理

1.激光束的產(chǎn)生：通過激光器產(chǎn)生高能量密度的激光束。

2.激光束聚焦：利用透鏡或反射鏡將激光束聚焦到材料表面。

3.材料熱效應：激光束能量使材料局部熔化或汽化。

4.切割實現(xiàn)：通過機械運動（如CO2激光切割的振鏡系統(tǒng)）控制切割路徑。

（二）常見激光切割方法

1.CO2激光切割

(1)原理：利用CO2激光器產(chǎn)生紅外激光束，適用于非金屬材料的切割。

(2)特點：切割速度快，熱影響區(qū)小，可切割厚度范圍廣（如0.5-10mm）。

(3)應用：亞克力、木板、布料等材料的加工。

2.激光等離子切割

(1)原理：通過激光束激發(fā)氣體產(chǎn)生等離子體，利用等離子弧實現(xiàn)切割。

(2)特點：切割速度更快，適用于金屬材料的切割。

(3)應用：不銹鋼、鋁板等金屬材料的加工。

3.激光熔融切割

(1)原理：利用激光束熔化材料，同時用輔助氣體吹走熔融物。

(2)特點：切割精度高，熱影響區(qū)極小。

(3)應用：高精度電子元件、半導體材料的加工。

（三）激光切割工藝參數(shù)

1.激光功率：影響切割速度和切割深度，通常在100-2000W范圍內(nèi)調(diào)整。

2.切割速度：單位時間內(nèi)材料移動的速度，影響切割質(zhì)量。

3.保護氣體：常用氮氣或氬氣，防止氧化并輔助切割。

4.切割焦點位置：影響切割邊緣平滑度，需根據(jù)材料調(diào)整。

三、激光切割加工步驟

1.材料準備：確保材料平整無變形，尺寸符合要求。

2.設備校準：檢查激光束對準、焦點高度等參數(shù)。

3.路徑編程：使用CAD軟件設計切割路徑，導入切割機控制系統(tǒng)。

4.試切割：先進行小范圍試切，驗證參數(shù)設置。

5.正式切割：調(diào)整切割速度和功率，保持均勻切割。

6.后處理：去除切割產(chǎn)生的廢料，檢查切割質(zhì)量。

四、激光切割加工注意事項

1.安全防護：操作人員需佩戴防護眼鏡和手套，避免激光輻射傷害。

2.設備維護：定期清潔激光器透鏡，檢查機械部件磨損情況。

3.材料選擇：不同材料需匹配對應的激光類型和工藝參數(shù)。

4.環(huán)境控制：避免在潮濕或粉塵環(huán)境中操作，以防設備故障。

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**一、激光切割加工概述**

激光切割是一種高精度的非接觸式材料加工技術(shù)，利用高能量密度的激光束照射材料表面，使照射區(qū)域迅速熔化、汽化或發(fā)生物理化學變化，同時借助輔助氣體吹走熔融物或燒蝕物質(zhì)，從而形成切縫。該方法相比傳統(tǒng)機械切割（如剪裁、沖壓），具有諸多顯著優(yōu)勢。

（一）主要優(yōu)點

1.**切割精度高**：激光束直徑?。蛇_微米級），切割邊緣垂直度高，毛刺小，表面質(zhì)量好。

2.**切割速度較快**：尤其對于常規(guī)材料，切割速度遠超傳統(tǒng)方法，顯著提升生產(chǎn)效率。

3.**熱影響區(qū)?。℉AZ）**：激光能量集中于極小區(qū)域，對周圍材料的熱影響輕微，適合熱敏材料加工。

4.**熱變形小**：由于熱影響區(qū)小且加工是非接觸式的，能有效避免材料因受熱不均導致的翹曲、變形。

5.**適用材料廣泛**：不僅能切割金屬（如不銹鋼、鋁、碳鋼等），還能切割非金屬（如亞克力、木材、布料、皮革、復合材料等）。

6.**加工靈活性強**：通過計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)控制，可輕松實現(xiàn)復雜輪廓的自動化切割，只需修改程序即可加工不同形狀。

7.**自動化程度高**：可實現(xiàn)自動化上下料、切割和收料，減少人工干預，降低勞動強度。

（二）應用領(lǐng)域

1.**廣告標識業(yè)**：制作招牌、標牌、裝飾條等。

2.**家具制造業(yè)**：切割板材、框架，制作沙發(fā)套、屏風等。

3.**汽車行業(yè)**：切割汽車零部件的板材，如車身覆蓋件、排氣管等。

4.**電子電器業(yè)**：加工電路板、外殼、結(jié)構(gòu)件等。

5.**醫(yī)療器械業(yè)**：精密切割醫(yī)療器械部件。

6.**服裝皮革業(yè)**：切割服裝布料、皮革制品、箱包零件等。

7.**航空航天業(yè)**：制造輕量化、高精度的結(jié)構(gòu)件。

**二、激光切割加工方法**

（一）激光切割基本原理詳解

激光切割的核心在于能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)去除。具體過程如下：

1.**激光產(chǎn)生**：利用激光器（如固體激光器、氣體激光器、半導體激光器等）產(chǎn)生特定波長和能量密度的激光束。不同類型的激光器產(chǎn)生的激光特性不同，適用于不同的切割材料和應用。

2.**光束傳輸與聚焦**：高能量的激光束通過光學系統(tǒng)（如反射鏡或透鏡）進行準直和聚焦。對于CO2激光切割，通常采用振鏡系統(tǒng)快速移動光斑；對于光纖激光切割，則通過反射鏡系統(tǒng)引導。

3.**能量吸收與材料相互作用**：聚焦后的激光束照射到材料表面，光能被材料吸收。根據(jù)材料性質(zhì)和激光波長，主要發(fā)生以下物理過程：

-**熔化**：激光能量使材料局部溫度急劇升高至熔點以上，形成熔融區(qū)。

-**汽化/燒蝕**：激光能量使材料直接從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，離開材料表面。

-**分解**：特定波長（如紫外激光）的激光能引發(fā)材料的化學分解。

4.**輔助氣體吹除**：在切割過程中，通常引入高速氣流（如氧氣、氮氣、空氣或惰性氣體）作為輔助氣體。其作用是：

-加速熔融物或汽化物的蒸發(fā)和去除。

-清理切縫，防止熔渣堵塞。

-（對于某些材料，如金屬）與熔融物發(fā)生放熱反應（如氧氣切割），進一步加速切割。

5.**切縫形成與軌跡控制**：激光束與輔助氣體共同作用，在材料上形成連續(xù)的切縫。通過CNC系統(tǒng)精確控制工作臺（或激光束）的移動軌跡，即可實現(xiàn)復雜形狀的切割。

（二）主要激光切割技術(shù)類型及特點

根據(jù)所使用的激光器類型和輔助氣體的不同，激光切割主要分為以下幾種：

1.**CO2激光切割**

（1）技術(shù)原理：利用CO2激光器產(chǎn)生波長為10.6μm的遠紅外激光束。激光能量通過透鏡聚焦后，照射在材料表面，被材料吸收后熔化，同時高速噴出的輔助氣體（通常是氮氣或空氣）將熔融物吹走，形成切縫。對于金屬切割，有時會混入少量氧氣以利用氧化放熱效應，但這會形成氧化層，通常用于對表面質(zhì)量要求不高的場合。

（2）適用材料：主要用于非金屬和部分金屬材料的切割，如木材、紙張、亞克力、有機玻璃、布料、皮革、塑料板、部分薄金屬（如低碳鋼、鋁合金、銅、不銹鋼等）。

（3）技術(shù)特點：

-激光器成本相對較低，運行維護成本適中。

-切割速度快，尤其對非金屬材料。

-可實現(xiàn)較高的切割精度和良好的邊緣質(zhì)量。

-設備結(jié)構(gòu)相對成熟，技術(shù)普及度高。

-適合切割較薄的材料（通常幾毫米以下）。

（4）典型應用：廣告標識牌制作、裝飾板材加工、服裝皮革切割、家具制造等。

2.**光纖激光切割**

（1）技術(shù)原理：采用光纖激光器作為光源。激光器產(chǎn)生的近紅外激光（波長通常在1.0-1.7μm范圍）通過光纖傳輸?shù)角懈铑^，再由聚焦透鏡聚焦到材料表面。切割過程與CO2激光切割類似，依靠激光能量熔化材料，并用輔助氣體吹走。

（2）適用材料：主要適用于各種金屬材料的切割，對非金屬材料的適用性相對CO2激光較低（但技術(shù)也在不斷發(fā)展）。

（3）技術(shù)特點：

-激光束質(zhì)量高（光束質(zhì)量因子M2低），能量利用率高。

-激光器體積小、重量輕、穩(wěn)定性好，易于集成到自動化系統(tǒng)中。

-切割精度高，切割速度對厚板材料尤為突出。

-維護簡單，無需更換激光器核心部件（僅需維護光纖和切割頭）。

-能耗相對較低。

（4）典型應用：金屬結(jié)構(gòu)件切割、汽車零部件制造、廚衛(wèi)電器零件加工、精密金屬制品切割等。

3.**紫外激光切割（UVLaserCutting）**

（1）技術(shù)原理：使用波長較短（如248nm或193nm）的紫外激光器。短波長激光與材料相互作用時，具有更高的光子能量，能更有效地打斷材料化學鍵。切割過程中通常使用惰性氣體（如氮氣）作為輔助氣體。

（2）適用材料：特別適用于切割薄塑料、化纖、薄膜、復合材料、電路板（如FR-4）等對熱敏感的材料。

（3）技術(shù)特點：

-熱影響區(qū)（HAZ）極小，幾乎為零，切割邊緣質(zhì)量極高，熱變形幾乎不存在。

-可切割極薄的材料（微米級）。

-能夠切割某些傳統(tǒng)激光難以加工的聚合物材料。

-切割頭結(jié)構(gòu)相對復雜，成本較高。

（4）典型應用：精密電子元件切割、醫(yī)療器械零件、汽車內(nèi)飾件、高檔包裝材料、柔性電路板切割等。

4.**激光等離子切割（LaserPlasmaCutting,LPC）**

（1）技術(shù)原理：并非純粹的激光切割，而是激光與等離子體聯(lián)合作用的過程。利用高功率密度的激光束照射金屬表面，迅速產(chǎn)生高溫，使材料表面熔化并汽化，同時激光能量激發(fā)工作氣體（通常是氬氣、氮氣或空氣）形成等離子體。等離子?。ǜ邷?、高速的等離子體流）具有極高的溫度和動量，將熔融物從切口中吹走。

（2）適用材料：主要用于各種金屬材料的切割，尤其適用于中厚板（幾毫米到幾十毫米）。

（3）技術(shù)特點：

-切割速度非?？?，尤其對于較厚的金屬板材。

-切割能力不受材料厚度限制的上限較高（相比CO2激光）。

-設備成本相對較低（與同等切割能力的CO2激光或光纖激光相比）。

-切割過程中會產(chǎn)生弧光、煙塵和氣體，對環(huán)保和操作環(huán)境要求較高。

-切割邊緣質(zhì)量相對激光切割稍差，可能有輕微錐度。

（4）典型應用：金屬結(jié)構(gòu)件、壓力容器、工程機械零件、船舶制造業(yè)等需要快速切割厚板的應用。

（三）激光切割工藝參數(shù)詳解

激光切割的質(zhì)量和效率很大程度上取決于工藝參數(shù)的合理設置。主要參數(shù)包括：

1.**激光功率（LaserPower）**：

-作用：決定單位時間內(nèi)輸入材料表面的能量，直接影響切割速度和切割深度。

-調(diào)整：通常根據(jù)材料類型、厚度和所需切割速度來設定。功率越高，切割速度越快，切深越大，但可能影響邊緣質(zhì)量和熱影響區(qū)。

2.**切割速度（CuttingSpeed）**：

-作用：指激光束相對材料移動的速度。

-調(diào)整：在保證切割質(zhì)量的前提下，盡可能提高速度以提升效率。速度過快可能導致切不透或邊緣粗糙，過慢則效率低下。需與功率、氣體流量等參數(shù)協(xié)同調(diào)整。

3.**焦點位置（FocusPosition）**：

-作用：指激光束聚焦點的位置相對于材料表面的距離。

-調(diào)整：焦點位置對切割深度、邊緣垂直度和熱影響區(qū)有顯著影響。

-焦點位于材料表面上方時，切深隨焦距增加而增加，邊緣更平滑，熱影響區(qū)較小。

-焦點位于材料表面下方時，切深隨焦距減小而增加，速度可能更快，但邊緣質(zhì)量可能下降。

-通常存在一個“最佳焦點”，能在特定條件下獲得最佳的切割質(zhì)量。

4.**輔助氣體類型（AuxiliaryGasType）**：

-作用：影響切割過程和結(jié)果。主要作用是吹走熔融物，對于金屬切割還可引發(fā)放熱反應。

-選擇：

-氮氣（N2）：化學性質(zhì)穩(wěn)定，不與金屬反應，適用于大多數(shù)金屬（尤其是鋁、不銹鋼）和非金屬的切割，切割邊緣質(zhì)量好。

-氧氣（O2）：與金屬（除鋁、鎂、鈦等）能發(fā)生放熱反應，可提高切割速度，尤其適用于碳鋼切割。但會產(chǎn)生氧化渣，影響邊緣質(zhì)量。

-空氣：成本最低，適用于對邊緣質(zhì)量要求不高的碳鋼切割。

-惰性氣體（如氬氣Ar）：用于切割不銹鋼、鋁等易氧化金屬，防止氧化。

5.**輔助氣體流量（AuxiliaryGasFlowRate）**：

-作用：指單位時間內(nèi)流過切割頭的氣體體積。

-調(diào)整：流量影響吹除熔融物的能力。流量過大可能增加輔助氣體消耗和噪聲，并可能吹散切縫兩側(cè)的材料；流量過小則無法有效去除熔融物，導致切割中斷或質(zhì)量下降。需根據(jù)材料、厚度、功率和速度調(diào)整。

6.**切割頭與材料距離（GaugePressure/Distance）**：

-作用：指激光切割頭（特別是對于CO2和激光等離子切割）噴嘴端面到材料表面的垂直距離。

-調(diào)整：合適的距離能保證最佳的切割效果。距離過近可能損壞噴嘴或?qū)е虑懈畈痪鶆?，距離過遠則影響氣體吹除效率和切割速度。

**三、激光切割加工步驟詳解**

進行激光切割加工通常遵循以下標準化步驟，確保加工質(zhì)量和效率：

1.**（1）材料準備**：

-檢查材料質(zhì)量：確保材料平整、無翹曲、無油污、無銹蝕等。

-測量與定位：使用卡尺、卷尺等工具測量材料尺寸，根據(jù)設計要求在材料上標記切割起點、方向和輔助標記線（如V型槽定位點）。確保標記清晰、準確。

-處理邊緣：對于有毛刺的材料，可能需要預先去除邊緣毛刺。

2.**（2）設備準備與校準**：

-開機預熱：按照設備操作規(guī)程，啟動激光器、工作臺、控制系統(tǒng)等，進行預熱。

-設備檢查：檢查激光束是否對準、焦點是否清晰、切割頭噴嘴是否清潔、導軌是否順暢、輔助氣體壓力是否穩(wěn)定。

-切割頭校準：精確調(diào)整切割頭的高度，使焦點位于材料表面或預設的最佳焦點位置。可以使用標準切割試塊進行校準。

3.**（3）程序?qū)肱c設置**：

-準備切割程序：將設計好的切割圖紙（通常是矢量格式，如DXF、SVG等）導入到激光切割機的控制系統(tǒng)（如TCO、CNC等）中。確保圖紙比例、尺寸準確無誤。

-設置工藝參數(shù)：根據(jù)所選材料、厚度、切割方式，在控制系統(tǒng)中設置或調(diào)用對應的激光功率、切割速度、焦點位置、輔助氣體類型和流量等工藝參數(shù)。可先進行小范圍試切，根據(jù)實際效果微調(diào)參數(shù)。

-路徑規(guī)劃：檢查切割路徑是否合理，有無過切、碰撞等問題?？蛇M行空運行模擬，觀察切割頭的運動軌跡。

4.**（4）試切割與參數(shù)優(yōu)化**：

-進行小范圍試切割：在正式切割大面積材料前，先切割一個或幾個小樣，驗證程序路徑和工藝參數(shù)的準確性。

-檢查結(jié)果：仔細檢查試切樣品的切割邊緣質(zhì)量（垂直度、粗糙度）、切縫寬度、熱影響區(qū)大小等。

-參數(shù)調(diào)整：根據(jù)試切結(jié)果，對激光功率、速度、氣體流量等參數(shù)進行微調(diào)，直至獲得滿意的切割質(zhì)量。這個過程可能需要重復幾次。

5.**（5）正式切割**：

-安裝材料：將準備好的材料固定在工作臺上，確保材料平整，邊緣與切割路徑對齊。對于大面積切割，可能需要使用壓板或真空吸附裝置固定。

-啟動程序：確認所有設置無誤后，啟動切割程序。密切監(jiān)控切割過程初期，確保切割順利進行。

-適時干預：在切割過程中，如發(fā)現(xiàn)異常（如切割中斷、邊緣質(zhì)量差、材料移動等），及時暫停并檢查原因，進行相應調(diào)整。

6.**（6）后處理與檢查**：

-取下成品：切割完成后，小心取下加工好的零件。

-清理工作區(qū)：清除工作臺上的廢料、切屑和輔助氣體殘留。

-質(zhì)量檢查：對切割成品進行全面的質(zhì)量檢查，包括尺寸精度、邊緣質(zhì)量、表面缺陷等?？梢允褂脺y量工具、放大鏡等進行檢測。

-成品處理：根據(jù)要求進行后續(xù)處理，如去毛刺、打磨、表面處理、包裝等。

**四、激光切割加工注意事項**

為了確保加工安全、提高切割質(zhì)量和延長設備壽命，需要注意以下事項：

1.**（1）安全防護**：

-**眼睛保護**：必須佩戴符合標準的激光防護眼鏡，防止激光反射或散射傷害眼睛。不同波長的激光需要對應不同顏色的防護鏡片。

-**身體防護**：操作人員應穿著長袖工作服、防護手套，避免皮膚直接暴露在激光或高溫區(qū)域。必要時佩戴護目鏡。

-**聽力保護**：高功率激光切割機工作時可能產(chǎn)生較大噪音，應佩戴耳塞或耳罩。

-**防火措施**：激光切割過程中可能產(chǎn)生火花和高溫，工作區(qū)域應配備合適的滅火器（如干粉滅火器），并遠離易燃易