钣金工艺中激光加工技术研究

周树晓

摘 要：文章首先介绍了钣金加工的几种方式，分析其优劣势。然后引出激光加工这一高端加工方式，着重说明了激光切割技术的具体应用，然后分析了激光加工中的几个常见问题，并提出解决方案，最后分析激光在钣金加工中的优势。希望能为同行提供经验参考。

关键词：钣金;零件;激光

钣金车间传统的加工方式是采用剪板、冲裁和折弯的工艺流程。其中冲裁工艺流程需要大量的模具，而在钣金车间中的冲裁具有少切削及无切削的工艺特征，十分重要。这样在一个产品加工完成之中一般会需要配备几十套，有的产品可能会需要上百套的模具。时间上模具本身需要一定的设计和制造周期，而产品还要有一定的试制周期，这样就造成耽误了大量的时间，从经济角度来说，配备大量的模具，产品的成本就很相应的提高，造成成本的浪费。所以在整个市场竞争激烈的环境下，就急需一种新的加工方法取而代之。

激光本身属于高亮度、方向性准确、激光束单色性和平行性的相干光源，并且能量密度非常高。当聚焦的激光束可以在所照射的材料上产生高温。在上万度高温的作用下，无论材料多么坚硬都会瞬间熔化并蒸发，同时产生冲击波，使材料熔化去除。在激光材料加工过程中，本质上造成局部受热熔化形成汽化材料。

激光加工技术可以加工用传统方法难以实现的零件加工。在二维平面中具有较强的柔性，使用激光切割机时，工件不动切割机割头处于移动状态，不会造成加工死角，使加工材料的利用率相应提高，还可以省去设备的微连接，使得激光加工设备更加简洁。激光加工设备的计算机控制系统整体控制，不用单独控制零件、设置模具和设计加工路线，就可以进行相应的加工。所以激光加工技术的工艺工序准备时间可以大幅的降低。激光加工设备加工速度快，缩短了加工时间，提高了生产效率。

一、激光切割技术的应用

激光切割采用CO2激光或YAC激光器，进行二维和三维的切割加工，具有切割精度高的特点。激光源功率大小不等，从5W到90kW均有系列的产品，钣金件的激光切割主要是采用100W～1500W的功率激光。当激光源的输出功率小于1500W时，激光源为单模振荡模式，可进行0.2mm宽度的切割，该以功率切割之后干净平整;当激光源的输出功率大于1500w时，激光源为多模振荡模式，可进行1mm宽度的切割，但该以功率切割之后会有少量的污物。对厚板切割时需采用辅助气体配合，辅助气体包括空气、氧气和氮气等，其中氮气可以在切割过程中防止切面的氧化，氧气适用于厚度较大板的高速切割情况。激光切割可采用CAD或CAM技术，为加工工件模型和激光器提供加工信息和加工参数，可快速高精度的完成生产，实现自动化的切割。激光切割尤需重更换模具，可以实现生产准备周期缩短，生产成本降低的效果。

二、激光打孔技术

激光打孔技术是激光材料加工技术中最早实现实用化的激光技术。钣金车间中激光打孔一般采用的是脉冲激光，能量密度较高，时间较短，可以加工1μm的小孔，特别适用于加工具有一定角度和材料较薄的小孔，还适合加工强度硬度较高或较脆较软材料的零件上的深小孔和微小孔。激光可实现燃气轮机的燃烧器部件打孔加工，打孔效果可实现三维方向，数量可达到上千个。可打孔的材料包括不锈钢、镍铬铁合金和哈斯特洛依（HASTELLOY）基合金。激光打孔技术不受材料的力学性能影响，实现自动化比较容易。

三、激光切割常见问题

数光切割是利用经过聚焦后的高能量高密度激光束照射在工件表面，使被照射的材料迅速熔化、烧蚀达到燃点，同时借助与光束同轴的高速氣流吹除熔融物质，从而实现割开材料。激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热源，用氧气等活性气体作为切割气体。喷嘴吹出的气体一方面与切割金属作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热。另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属材料中形成切口。激光氧气切割主要用于碳钢等易氧化的金属材料。以下主要介绍激光氧气切割可能出现的问题及可能原因。

底部上的毛刺类似熔渣，成点滴状容易去除。

原因及解决方法：1.进给速率太高，减小进给速率;2.焦点太高，降低焦点;2.气压不足，增大气压。

连在一起的金属毛刺可以作为整块去除

原因及解决方法：焦点太高，降低焦点。

（三）底边上的毛刺很难去除

原因及解决方法：1.进给速率太高，减小进给速率;2.焦点太高，降低焦点;3.气压太低，增大气压;4.气体不纯，使用更纯的气体。

（四）切面表面粗糙度太大，有毛刺

原因及解决方法：1.焦点太高，降低焦点;2.气压太高，减小气压;3.进给速率太低，增加进给速率;4.材料太热，增加停光吹气时间;5.喷嘴太高，降低喷嘴高。

拐角烧角

原因及解决方法：1.气压高，减小气压;2.进给速度太低，增大进给速率;3.功率过大，减小峰值功率，减小占空比。

四、激光在钣金加工中的优势

激光刀头的机械部分与工件无接触，在工作中不会对工件表面造成划伤;激光切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工;切割热影响区小，板材变形小，切缝窄（0.1～0.3mm）;切口没有机械应力，无剪切毛刺;重复性好，不损伤材料表面，数控编程，可加工任意平面图，对幅面很大的整板切割，无需开发模具，经济省时。一般来讲，建议30mm以内的碳钢板、20mm以内的不锈钢板推荐使用激光切割机。激光切割机无切削力，加工无变形，无刀具磨损，材料适应性好。无论是简单还是复杂零件，都可以用激光一次精密快速成形切割。可实现切割自动排样、套料，提高了材料利用率，经济效益好。

五、结语

从某种意义上说，激光切割机为钣金加工带来了一次重大的工艺革命。相对于传统的切割方式，激光切割机更易懂、易学，并在商家需求的加工效果、速度方面都有着绝对的优势，因此相信在未来的切割方式选择中，激光切割机乃大势所趋。

（南宁富桂精密工业有限公司，广西 南宁  530000）