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等离子切割是热切割工艺。这一事实决定了应如何针对它设计，以及何时不应使用它。
等离子弧如何实际切割金属
等离子割炬在铜喷嘴内装有钨或铪电极。气体从电极与喷嘴之间的间隙流过。引弧在电极与喷嘴之间起弧，割炬靠近工件后电弧转移到工件上。电弧将气体加热到 20,000 °C 以上，剥离电子使其成为等离子体。电离气流以接近音速从喷嘴喷出，熔化其路径上的金属。
熔融材料并非被汽化。大部分被气流吹出割缝，因此切割质量既取决于电流，也取决于气压和喷嘴距离。喷嘴收缩电弧，使切缝保持狭窄。切割速度、电流、气体类型和割炬高度是操作员针对给定板材调整的四个参数。
仅限导电金属。铝、不锈钢、碳钢、铜和黄铜均可切割。塑料、木材、玻璃和大多数复合材料不能切割，因为电弧没有电流通路。
CNC 部分增加了什么
等离子工艺在 CNC 之前就已存在。改变的是运动控制。龙门或悬臂工作台带动割炬沿 X、Y 轴运动，Z 轴设定穿孔高度和切割高度。控制器读取 G 代码，因此割炬路径来自 CAD 文件而非模板。
这对重复性很重要。手持割炬会偏移。龙门在整个板材上重复同一路径，偏差在零点几毫米以内，这才使套料零件和批量生产可行。割缝补偿在 CAM 软件中处理：刀路偏移半个割缝宽度，使成品达到名义尺寸。
我们车间的标准龙门工作台长轴可处理 4,000 mm 的板材。厚板切割更慢，电流饱和时控制器会自动降低进给速度。
- 1穿孔延时保持割炬不动直到电弧穿透，6–25 mm 板上通常为 0.3–1.5 s。
- 2初始高度每次切割前由欧姆或浮动头传感器设定。
- 3割缝补偿在 CAM 中应用，不在机床上。
- 4引入线使穿孔痕避开零件边缘。
割缝、锥度与边缘外观
等离子切割边缘永远不会像机加工那样平整。上边缘接近垂直，下边缘略有斜度，割缝底部比顶部宽。这是正常的。锥度随板厚和切割速度增大。6 mm 低碳钢上锥度通常小于 3°。25 mm 上会更大。
切割面在电弧从板底穿出处有拖曳线。根据气体混合不同，挂渣呈珠状或硬膜。空气等离子在不锈钢上比氧气等离子留下更多挂渣，但氧气等离子需要清洁干燥的气源，且对穿孔高度更敏感。
对于孔，直径小于约 1.5 倍板厚时等离子不是合适工具。更小的孔会带锥度且不圆。若需在 12 mm 板上加工 Ø6 mm 孔，切割后钻孔或铣削。若在同一板上加工 Ø20 mm 孔，等离子可控制在约 ±0.5 mm 内，公差更紧时可铰孔。
哪种零件用哪种工艺
以此作为初步筛选。最终选择取决于公差、边缘光洁度和数量。
| 工艺 | 典型厚度 | 公差 | 边缘质量 |
|---|---|---|---|
| CNC 等离子 | 1–50 mm | 板材上 ±0.5 mm | Ra 12.5–25 μm，某些合金有挂渣 |
| 光纤激光 | 0.5–20 mm | ±0.1 mm | Ra 3.2–6.3 μm，挂渣极少 |
| 水刀 | 1–150 mm | ±0.2 mm | Ra 3.2–6.3 μm，无热影响区 |
| CNC 铣削 | 任意 | ±0.005 mm | Ra 0.2–3.2 μm，机加工面 |
| 氧燃气切割 | 20–300 mm | ±1.5 mm | Ra 25–50 μm，割缝宽 |
让等离子零件更经济的设计规则
保持零件轮廓简单，避免尖锐内角。等离子弧有有限的割缝半径，90° 内角无论是否需要都会变成小圆角。设计为 R1.5 mm 或更大，零件下台即可使用。
注意热影响。等离子在边缘产生热影响区，深度通常为 0.5–2 mm，取决于厚度。该区域比母材硬，若零件沿切割边急剧折弯可能开裂。若零件需成形，可切大尺寸后加工折弯线，或使用正确气体混合并接受更大的折弯半径。
细长零件会变形。从 6 mm 板切下的 3 mm 条会因切割释放的残余应力而弯曲。若平面度重要，使用去应力板材切割，或计划切割后加工。
文字和装饰面板很适合。最小笔画宽度应约为割缝的 1.2 倍，因此 1.5 mm 割缝时笔画保持 2 mm 或更宽。在等离子切割面板上激光打标时，打标字符高度至少 1.5 mm。
等离子止步、机加工开始之处
等离子提供毛坯，而非成品。按机加工标准公差较松，切割面带有氧化层和热影响层。任何需要密封、承载或配合轴承的部位都需要二次加工。
通常顺序是等离子切轮廓，再用 CNC 铣削关键特征。在我们的五轴和三轴加工中心上，铣削特征可保持 ±0.005 mm，因此等离子切割的支架可在孔和配合面上达到图纸公差，无需重切整个轮廓。
这种组合通常比从实心料切出整个零件更便宜。带复杂轮廓的 12 mm 钢板支架若从块料铣出会浪费大部分材料。等离子几秒内去除大部分余量，再由铣削完成精密加工。
如果零件需要涂层，必须先去除等离子切割产生的毛刺和氧化层。喷砂和滚光可处理大部分。等离子切割的铝件在阳极氧化时，切边因氧化层可能出现色差，因此我们通常在阳极氧化前对切边进行机加工或喷砂。
工程师关于等离子切割的常见问题
等离子切割能达到轴承内孔所需的公差吗？
不能。等离子切割在板材尺寸上大约保持 ±0.5 mm，且切割面有锥度。轴承内孔需要机加工配合。
用等离子切割将内孔留小 1–2 mm，然后在 CNC 铣床上镗孔。这样可获得 ±0.005 mm 级公差，而无需为整个轮廓支付铣削费用。
不锈钢和铝应使用哪种气体？
空气等离子是两者的常用选择，运行成本最低。与氧气或氮气相比，它留下的毛刺更多，氧化边更重。
氮气在不锈钢上切割更干净，但增加气体成本。氧气仅用于碳钢；在铝上会产生难以去除的厚重难熔氧化层。
CNC 等离子在生产中能切多厚？
手持和轻型龙门机器可靠切割至约 25 mm。更高电流的重型机器可切更厚，但边缘质量下降，速度急剧降低。
碳钢超过约 50 mm 时，通常氧燃气切割是更好的选择。不锈钢和铝超过 30 mm 时，计入边缘清理成本后，水刀通常更经济。
等离子切割会使边缘硬化吗？
会产生热影响区，通常深 0.5–2 mm。该区域比母材硬，且可能变脆。
对大多数支架而言这无关紧要。如果零件将在切边处折弯或焊接，先机加工去除边缘 0.5 mm，或调整折弯半径和焊接工艺。
等离子切割零件需要什么文件格式？
平面轮廓的 DXF 或 DWG 是标准输入。我们也接受 STEP 和原生 CAD 文件，并自行生成展开图。
如果零件有折弯，请同时发送 3D 模型。CAM 排料需要展开图，我们会在切割前确认折弯补偿。
等离子切割零件可以阳极氧化或粉末喷涂吗？
可以，但切边需要先处理。等离子留下的氧化层和毛刺会影响涂层附着力，并在阳极氧化铝上显现色差。
我们在精饰前对等离子切割边缘进行喷砂或滚光。对于铝件，如果零件将做透明阳极氧化，我们倾向于机加工可见边缘。
