鈑金工藝中激光加工技術(shù)研究

周樹曉

摘 要：文章首先介紹了鈑金加工的幾種方式，分析其優(yōu)劣勢(shì)。然后引出激光加工這一高端加工方式，著重說(shuō)明了激光切割技術(shù)的具體應(yīng)用，然后分析了激光加工中的幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，并提出解決方案，最后分析激光在鈑金加工中的優(yōu)勢(shì)。希望能為同行提供經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：鈑金;零件;激光

鈑金車間傳統(tǒng)的加工方式是采用剪板、沖裁和折彎的工藝流程。其中沖裁工藝流程需要大量的模具，而在鈑金車間中的沖裁具有少切削及無(wú)切削的工藝特征，十分重要。這樣在一個(gè)產(chǎn)品加工完成之中一般會(huì)需要配備幾十套，有的產(chǎn)品可能會(huì)需要上百套的模具。時(shí)間上模具本身需要一定的設(shè)計(jì)和制造周期，而產(chǎn)品還要有一定的試制周期，這樣就造成耽誤了大量的時(shí)間，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，配備大量的模具，產(chǎn)品的成本就很相應(yīng)的提高，造成成本的浪費(fèi)。所以在整個(gè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境下，就急需一種新的加工方法取而代之。

激光本身屬于高亮度、方向性準(zhǔn)確、激光束單色性和平行性的相干光源，并且能量密度非常高。當(dāng)聚焦的激光束可以在所照射的材料上產(chǎn)生高溫。在上萬(wàn)度高溫的作用下，無(wú)論材料多么堅(jiān)硬都會(huì)瞬間熔化并蒸發(fā)，同時(shí)產(chǎn)生沖擊波，使材料熔化去除。在激光材料加工過(guò)程中，本質(zhì)上造成局部受熱熔化形成汽化材料。

激光加工技術(shù)可以加工用傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的零件加工。在二維平面中具有較強(qiáng)的柔性，使用激光切割機(jī)時(shí)，工件不動(dòng)切割機(jī)割頭處于移動(dòng)狀態(tài)，不會(huì)造成加工死角，使加工材料的利用率相應(yīng)提高，還可以省去設(shè)備的微連接，使得激光加工設(shè)備更加簡(jiǎn)潔。激光加工設(shè)備的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)整體控制，不用單獨(dú)控制零件、設(shè)置模具和設(shè)計(jì)加工路線，就可以進(jìn)行相應(yīng)的加工。所以激光加工技術(shù)的工藝工序準(zhǔn)備時(shí)間可以大幅的降低。激光加工設(shè)備加工速度快，縮短了加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

一、激光切割技術(shù)的應(yīng)用

激光切割采用CO2激光或YAC激光器，進(jìn)行二維和三維的切割加工，具有切割精度高的特點(diǎn)。激光源功率大小不等，從5W到90kW均有系列的產(chǎn)品，鈑金件的激光切割主要是采用100W～1500W的功率激光。當(dāng)激光源的輸出功率小于1500W時(shí)，激光源為單模振蕩模式，可進(jìn)行0.2mm寬度的切割，該以功率切割之后干凈平整;當(dāng)激光源的輸出功率大于1500w時(shí)，激光源為多模振蕩模式，可進(jìn)行1mm寬度的切割，但該以功率切割之后會(huì)有少量的污物。對(duì)厚板切割時(shí)需采用輔助氣體配合，輔助氣體包括空氣、氧氣和氮?dú)獾龋渲械獨(dú)饪梢栽谇懈钸^(guò)程中防止切面的氧化，氧氣適用于厚度較大板的高速切割情況。激光切割可采用CAD或CAM技術(shù)，為加工工件模型和激光器提供加工信息和加工參數(shù)，可快速高精度的完成生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的切割。激光切割尤需重更換模具，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)準(zhǔn)備周期縮短，生產(chǎn)成本降低的效果。

二、激光打孔技術(shù)

激光打孔技術(shù)是激光材料加工技術(shù)中最早實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的激光技術(shù)。鈑金車間中激光打孔一般采用的是脈沖激光，能量密度較高，時(shí)間較短，可以加工1μm的小孔，特別適用于加工具有一定角度和材料較薄的小孔，還適合加工強(qiáng)度硬度較高或較脆較軟材料的零件上的深小孔和微小孔。激光可實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器部件打孔加工，打孔效果可實(shí)現(xiàn)三維方向，數(shù)量可達(dá)到上千個(gè)?？纱蚩椎牟牧习ú讳P鋼、鎳鉻鐵合金和哈斯特洛依（HASTELLOY）基合金。激光打孔技術(shù)不受材料的力學(xué)性能影響，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化比較容易。

三、激光切割常見(jiàn)問(wèn)題

數(shù)光切割是利用經(jīng)過(guò)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、燒蝕達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)割開材料。激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割。它是用激光作為預(yù)熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴嘴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱。另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬材料中形成切口。激光氧氣切割主要用于碳鋼等易氧化的金屬材料。以下主要介紹激光氧氣切割可能出現(xiàn)的問(wèn)題及可能原因。

底部上的毛刺類似熔渣，成點(diǎn)滴狀容易去除。

原因及解決方法：1.進(jìn)給速率太高，減小進(jìn)給速率;2.焦點(diǎn)太高，降低焦點(diǎn);2.氣壓不足，增大氣壓。

連在一起的金屬毛刺可以作為整塊去除

原因及解決方法：焦點(diǎn)太高，降低焦點(diǎn)。

（三）底邊上的毛刺很難去除

原因及解決方法：1.進(jìn)給速率太高，減小進(jìn)給速率;2.焦點(diǎn)太高，降低焦點(diǎn);3.氣壓太低，增大氣壓;4.氣體不純，使用更純的氣體。

（四）切面表面粗糙度太大，有毛刺

原因及解決方法：1.焦點(diǎn)太高，降低焦點(diǎn);2.氣壓太高，減小氣壓;3.進(jìn)給速率太低，增加進(jìn)給速率;4.材料太熱，增加停光吹氣時(shí)間;5.噴嘴太高，降低噴嘴高。

拐角燒角

原因及解決方法：1.氣壓高，減小氣壓;2.進(jìn)給速度太低，增大進(jìn)給速率;3.功率過(guò)大，減小峰值功率，減小占空比。

四、激光在鈑金加工中的優(yōu)勢(shì)

激光刀頭的機(jī)械部分與工件無(wú)接觸，在工作中不會(huì)對(duì)工件表面造成劃傷;激光切割速度快，切口光滑平整，一般無(wú)需后續(xù)加工;切割熱影響區(qū)小，板材變形小，切縫窄（0.1～0.3mm）;切口沒(méi)有機(jī)械應(yīng)力，無(wú)剪切毛刺;重復(fù)性好，不損傷材料表面，數(shù)控編程，可加工任意平面圖，對(duì)幅面很大的整板切割，無(wú)需開發(fā)模具，經(jīng)濟(jì)省時(shí)。一般來(lái)講，建議30mm以內(nèi)的碳鋼板、20mm以內(nèi)的不銹鋼板推薦使用激光切割機(jī)。激光切割機(jī)無(wú)切削力，加工無(wú)變形，無(wú)刀具磨損，材料適應(yīng)性好。無(wú)論是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜零件，都可以用激光一次精密快速成形切割。可實(shí)現(xiàn)切割自動(dòng)排樣、套料，提高了材料利用率，經(jīng)濟(jì)效益好。

五、結(jié)語(yǔ)

從某種意義上說(shuō)，激光切割機(jī)為鈑金加工帶來(lái)了一次重大的工藝革命。相對(duì)于傳統(tǒng)的切割方式，激光切割機(jī)更易懂、易學(xué)，并在商家需求的加工效果、速度方面都有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，因此相信在未來(lái)的切割方式選擇中，激光切割機(jī)乃大勢(shì)所趨。

（南寧富桂精密工業(yè)有限公司，廣西 南寧? 530000）