线切割、激光切割与等离子切割：如何选择

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  线切割、激光切割与等离子切割概览
• 2
  各工艺如何去除金属
• 3
  公差、割缝与图纸能提出的要求
• 4
  厚度范围与材料适用性
• 5
  边缘质量与后处理
• 6
  成本、速度与各自适用场景
• 7
  避免返工的设计规则

线切割的刀具从不接触工件。直径通常为 0.1–0.3 mm 的黄铜丝或涂层丝穿过去离子水，每秒放电数千次。每次火花汽化一小块金属。由于丝细、间隙小，切割可以跟随尖角而无需引入半径。

光纤激光切割用聚焦光束熔化并吹走材料。氧气或氮气辅助气体完成大部分排屑工作。割缝窄，套料效率高，薄板切割速度快。用氮气切不锈钢和铝时边缘干净，用氧气切低碳钢时边缘略有氧化。

等离子切割使用压缩电弧和高速气流。它是三者中在厚板加工里历史最久的，至今仍是切 20 mm 低碳钢最便宜的方式。电弧比激光束扩散更大，因此割缝宽、热影响区深。

三者都不是精加工工序。无论哪种工艺，切割面都带有自身特征，图纸应说明该特征是否可接受。

• 1
  线切割无切削力，上边缘无毛刺
• 2
  激光薄板速度快，割缝窄，热影响区小
• 3
  等离子厚板每米成本低，边缘粗糙

在维护良好、冲液充分的机床上，线切割可保持 ±0.005 mm。这个数字正是它主导冲模、挤压模和淬硬镶件的原因。如果图纸要求 60 HRC 工具钢上的压配内孔，本对比中没有其他工艺能做到。

激光切割在薄板上约为 ±0.05 mm，随厚度增加会漂移到 ±0.13 mm 左右。大约 6 mm 以上割缝锥度变得明显。对支架、盖板、母排和焊接组件来说够用；对必须装淬硬销的定位孔来说不够。

等离子切割是板材工艺。±0.5–1.0 mm 的公差属正常，切割面带有随厚度增大的斜度。若设计上要求等离子切割边缘与另一零件配合定位，应预留二次机加工序。

割缝宽度的影响不止于公差。0.03 mm 的丝割缝可以紧密套料，在昂贵合金上省料。3 mm 的等离子割缝浪费更多坯料，但坯料通常是低碳钢板，金钱损失不大。

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  线切割±0.005 mm，可控制锥度
• 2
  激光±0.05–0.13 mm，6 mm 以上有锥度
• 3
  等离子±0.5–1.0 mm，厚板有斜度

线切割可切 0.5 mm 薄箔到 200 mm 厚，前提是机床 Z 轴行程足够且冲液能到达切割区。很厚的工件需要更慢的进给，并更注意断丝。淬硬钢、硬质合金、Inconel 和钛的切法相同，因为该工艺不受硬度影响。

激光切割在 0.5 mm 到 12 mm 之间最强。低碳钢超过 25 mm 后，光纤激光速度明显下降，边缘质量变差。铜和黄铜在某些波长下反射光束，因此这些合金应选光纤激光，而不是 CO₂ 设备。

等离子可轻松处理 3 mm 到 50 mm，配重型割炬还能更厚。它能切任何导电金属，包括激光难以应付的严重锈蚀板。代价是薄板在热作用下会变形。

材料选择往往在公差之前就决定了答案。非导电零件根本不能线切割或等离子切割。淬硬零件若用激光切割，边缘会回火软化。

• 1
  线切割0.5–200 mm，任意硬度，仅限导电材料
• 2
  激光0.5–25 mm，12 mm 以下最佳
• 3
  等离子3–50 mm，可容忍脏板

线切割面呈哑光且均匀，视修切次数不同通常为 Ra 0.4–1.6 μm。一次粗割会留下重铸层和较粗的表面。两到三次修切可降低表面粗糙度并去除大部分重铸层。许多模具厂专门跑一次修切来控制白层。

激光切割边缘有细密的垂直条纹。用氮气切不锈钢时，边缘光亮、可焊接，清理量小。用氧气切低碳钢时，边缘发灰，下侧挂渣，通常需要去毛刺或滚光处理。

等离子切割会留下明显的斜边、挂渣和热影响区，热影响区深度可达 1–2 mm。如果零件要焊接，通常把热影响区加工掉，或将其计入焊接坡口。如果零件是加强筋或底板，没人会看边缘。

后处理选项也按同样方式区分。线切割模具通常直接进入装配。激光切割件一般要经过去毛刺、喷砂或粉末喷涂。等离子切割件通常对任何有配合要求的面再走一刀机加工。

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  线切割Ra 0.4–1.6 μm，多次修切后重铸层少
• 2
  激光Ra 1.6–6.3 μm，氧气辅助时产生挂渣
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  等离子Ra 6.3–25 μm，热影响区 1–2 mm

厚板按米计的成本，等离子占优。耗材便宜，设备简单，20 mm 低碳钢板轮廓切得很快。如果图纸允许 ±0.5 mm，且边缘要焊接或喷漆，等离子是经济的选择。

薄板批量生产，激光占优。光纤机以高进给速度切割 1–3 mm 钢板，排样紧凑，不锈钢件几乎不需要清理。一周做几千个支架的工厂不会考虑另外两种。

当公差和硬度决定加工方式时，线切割占优。它速度慢，小时费率是三者中最高的，但可以在热处理后切割淬硬工具钢，避免二次淬火带来的变形。对单件冲模来说，仅这一点就足以证明成本合理。

我们最常见的错误是设计师为一个只需要干净边缘的零件指定线切割。如果公差是 ±0.2 mm、材料是 3 mm 铝，激光切割交付更快、更便宜。

• 1
  选等离子厚板、公差宽松、焊接或喷漆
• 2
  选激光薄板、大批量、不锈钢边缘干净
• 3
  选线切割淬硬钢、公差紧、无变形

线切割：内角保持尖角，避免会积渣的盲型腔。尽量留比丝径大 Ø0.5–1.0 mm 的穿丝孔，并在图纸上注明穿丝孔是否可保留。如果零件要热处理，标注热处理后的硬度，而不是热处理前的。

激光切割：内角加小圆角以减少热量积聚，孔径保持在约 1.2 倍材料厚度以上。更小的孔容易有锥度。如果边缘可见，不锈钢和铝指定氮气辅助。

等离子切割：任何与其他零件配合的面留 1–2 mm 加工余量。轮廓保持简单，因为厚板上的尖内角容易变圆。如果零件分左右件，注明斜边方向。

三种工艺通用：图纸上给关键尺寸标明确公差，其余按一般公差。把所有尺寸都标成 ±0.05 mm 的图纸，会迫使工厂无理由地选用最贵的工艺。

• 1
  线切割注明穿丝孔处理方式和热处理后硬度
• 2
  激光内角加圆角，孔径保持在 1.2 倍厚度以上
• 3
  等离子配合面留 1–2 mm 余量