激光切割基础

新一代激光切割机：光束如何真正切割金属

['本页说明新一代激光切割机有哪些变化：光纤与碟片光源、更高的电光转换效率，以及更快的薄板穿孔。','面向需要在激光切割、CNC 铣削和其他板材工艺之间做选择的设计工程师和工艺工程师。','读完后你会了解关键参数、可预期的边缘质量，以及哪些形状不适合用激光切割。']

±0.005 mm 加工Ra 0.8–1.6 μm3–5 天发货

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光束负责切割，气体负责排渣聚焦光斑熔化或汽化金属；辅助气体把熔融材料吹出切缝。

波长决定可切材料范围1.07 μm 光纤光源与钢、不锈钢、铝耦合良好，与铜、黄铜耦合较差。

切缝是设计约束典型切缝为 0.1–0.5 mm，因此 6 mm 板上开 2 mm 孔不是好的激光特征。

激光是 2D 工艺如果零件需要型腔、螺纹或真正的 3D 轮廓，应放到 CNC 铣床上加工。

原理

切割激光是热源，不是刀片。谐振腔产生单一波长光束，透镜或反射镜头将其聚焦成约 0.1–0.3 mm 的光斑。光斑处功率密度可达 10^6 W/cm² 量级。在这一水平下，钢材无需氧化即可切割，直接熔化。辅助气体随后把熔池沿切缝向下吹出底部。

较早的 CO2 一代使用 10.6 μm 波长和充气管。光束经反射镜反射，难以通过光纤传输。当前一代使用约 1.07 μm 的掺镱光纤或碟片光源。该波长可通过柔性传输光纤传播，因此切割头能在龙门上移动而无需光学臂。

三个变量决定切割是否干净。焦点位置决定光束最窄处相对上表面的位置。切割速度决定金属在光斑下停留多久。辅助气体压力和类型决定熔融材料排出的快慢。改变其中任何一个，底面的挂渣都会告诉你发生了什么。

新一代的实际结果不只是功率更高。电光转换效率从 CO2 的约 10% 提升到光纤的 30% 以上。单位占地面积功率提高，维护减少，因为无需补充谐振腔气体，也无需维护涡轮分子泵。

参数

焦点位置是首先要理解的参数。碳钢用氧气切割时，焦点略低于表面。不锈钢用氮气切割时，焦点略高于表面。焦点调错方向，薄板会出现宽切缝和严重挂渣，厚板则切不透。

辅助气体是第二个参数。氧气与铁反应，为切割增加化学能，因此切割碳钢速度快，但边缘会氧化。氮气惰性，可在不锈钢和铝上获得干净、可焊接的边缘，代价是气体消耗更高、速度更慢。压缩空气介于两者之间，适用于边缘化学性质不重要的薄板。

喷嘴直径和离焦距离比多数操作者预想的更重要。1.5 mm 喷嘴配 0.8 mm 间距，与 2.0 mm 喷嘴配 1.2 mm 间距表现不同。间距越大，气流有空间膨胀并失去 coherence，表现为底边挂渣和更宽的热影响区。

切割速度窗口很窄。太慢则切缝变宽、热影响区扩大，底边自燃形成挂渣。太快则光束未完全穿透，留下粗糙断裂线而非切割面。正确速度是仍能产生干净底边的最快速度。

限制

切缝宽度决定特征尺寸的硬下限。切缝为 0.2 mm 时，切不出有用的 0.3 mm 槽，也不应设计小于约材料厚度的孔。6 mm 不锈钢上开 2 mm 孔会带锥度，穿孔还会在上表面留下热痕。应改用钻孔或铣削。

热影响区是第二个边界。激光切割是热过程，切边冷却快并硬化。在 4130 或 4140 钢上，这可能意味着切边局部硬化，成型时开裂。如果零件切割后要折弯，应去应力处理，或让折弯线远离切边。

铜和黄铜是第三个边界。在 1.07 μm 波长下，这些合金反射大部分光束并快速导热。标准光纤机切 3 mm 铜只有高功率加紧焦点才可行，且速度通常很慢。如果零件是母线排，加工厂通常会按特殊任务报价。

第四个边界是几何形状。激光切割产生 2D 轮廓，切面接近垂直。沉孔、螺纹、倒角或内部型腔无法由激光直接加工。这些特征需要二次工序，如果数量多，零件应改从 CNC 机床开始加工。

车间实践

在混合车间里，激光切割和 CNC 加工不是竞争关系。激光切出平板毛坯和外轮廓，铣削再加工需要公差保证的孔、型腔和螺纹。对于外形简单但孔位要求严的支架、安装板和壳体面板，这种工序顺序很常见。

公差是交接的关键。薄板激光切割的轮廓公差通常能控制在 ±0.1 mm，对大多数支架来说足够。如果孔位需要 ±0.005 mm，激光做不到。毛坯切好后，在 CNC 机床上钻孔、铰孔。

去毛刺是隐性成本。激光切割边缘有一层薄重铸层，底面有时还挂着硬质熔渣。不锈钢和铝件用轻喷砂或振动研磨去除。后续要阳极氧化的零件，切割边缘应先去毛刺，否则氧化后切面会显出一条暗线。

在钜亮五金（GreatLight），激光切割毛坯与机加工零件走同一套质量体系。来料板材对照材质证明书检验，切割后测量毛坯，成品出货前做终检。检测报告可按需提供。

工艺

激光切割毛坯在我们车间如何变成成品件。

选材

用这张表在确定设计前选择工艺。