鈑金車間傳(chuan) 統加工方式包括剪板、衝(chong) 裁和折彎等工藝流程。其中衝(chong) 裁工藝需要大量的模具，具有少切削及無切削工藝特征。在一個(ge) 產(chan) 品加工時一般會(hui) 配備幾十套模具，甚至有的產(chan) 品可能需要上百套模具。從(cong) 經濟角度上看，配備大量的模具，產(chan) 品的成本相應增加，造成資金浪費。為(wei) 適應現代鈑金加工，降低生產(chan) 成本和提高加工工藝，激光加工技術便應運而生。

隨著激光切割機的應用，鈑金加工工藝得到了飛速發展，並給鈑金製作加工帶來了革命性理念。激光切割工藝以及激光切割機設備正在被廣大板材加工企業(ye) 所熟悉接受，並以其加工效率高、加工精度高、切割斷麵質量好、可進行三維切割加工等諸多優(you) 勢逐步取代傳(chuan) 統鈑金切割設備（以數控設備為(wei) 主，包括剪床、衝(chong) 床、火焰切割、等離子切割、高壓水切割等傳(chuan) 統的板材加工設備）。激光加工技術在鈑金加工工藝中具有很重要的位置，提高了鈑金工藝勞動生產(chan) 率，推動了鈑金工藝的發展。激光切割機柔性化程度高,可以大大地縮減加工周期，切割速度快，出產(chan) 效率高，提高加工精度，加快產(chan) 品的開發速度，這些優(you) 點被眾(zhong) 多製造企業(ye) 關(guan) 注。

激光切割機是將激光器發射出的激光，經光路係統，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表麵，使工件達到熔點或沸點，同時與(yu) 光束同軸的高壓氣體(ti) 將熔化或氣化金屬吹走。隨著光束與(yu) 工件相對位置的移動，最終使材料形成切縫，從(cong) 而達到切割目的。激光切割加工是用不可見的光束代替了傳(chuan) 統的機械刀，具有精度高、切割快速、不受切割圖案限製、自動排版節省材料、切口平滑、加工成本低等特點，將逐漸改進或取代傳(chuan) 統金屬切割設備。激光刀頭的機械部分與(yu) 工件無接觸，在工作中不會(hui) 對工件表麵造成劃傷(shang) ；激光切割速度快，切口光滑平整，一般無需後續加工；切割熱影響區小，板材變形小，切縫窄（0.1～0.3mm）；切口沒有機械應力，無剪切毛刺；重複性好，不損傷(shang) 材料表麵，數控編程，可加工任意平麵圖，對幅麵很大的整板切割，無需開發模具，經濟省時。一般來講，建議12mm以內(nei) 的碳鋼板、10mm以內(nei) 的不鏽鋼板推薦使用激光切割機。激光切割機無切削力，加工無變形，無刀具磨損，材料適應性好。無論是簡單還是複雜零件，都可以用激光一次精密快速成形切割。可實現切割自動排樣、套料，提高了材料利用率，經濟效益好。

激光切割機分類

根據激光發生器的不同，目前市麵上大致可分為(wei) 三種激光切割機：CO2激光切割機、YAG（固體(ti) ）激光切割機、光纖激光切割機。

CO2激光切割機

CO2激光切割機：可以穩定切割20mm以內(nei) 的碳鋼、10mm以內(nei) 的不鏽鋼、8mm以下的鋁合金。CO2激光器波長為(wei) 10.6μm，比較容易被非金屬吸收，可以高質量地切割木材、亞(ya) 克力、PP、有機玻璃等非金屬材料，但是CO2激光的光電轉化率隻有10%左右。CO2激光切割機在光束出口處裝有噴吹氧氣、壓縮空氣或惰性氣體(ti) N2的噴嘴，用來提高切割速度和保證切口的平整光潔。為(wei) 了提高電源的穩定性和壽命，CO2氣體(ti) 激光要解決(jue) 大功率激光器的放電穩定性。根據國際安全標準，激光危害等級分4級，CO2激光屬於(yu) 危害最小的一級。

主要優(you) 點：功率大，一般功率都在2000～4000W之間，能切割25mm以內(nei) 的全尺寸不鏽鋼、碳鋼等常規材料、以及4mm以內(nei) 鋁板和60mm以內(nei) 的亞(ya) 克力板、木質材料板、PVC板，切割薄板時速度很快。另外由於(yu) CO2激光器輸出的是連續激光，在切割時是三種激光切割機中切割斷麵最光滑的。

主要市場定位：6～25mm的中厚板切割加工，主要針對大中型企業(ye) 以及部分純對外激光切割加工企業(ye) 。由於(yu) 其激光器維護耗損大，主機耗電量大等無法克服因素，近年來受到光纖激光切割機的巨大衝(chong) 擊，市場處於(yu) 明顯萎縮狀態。

YAG（固體(ti) ）激光切割機

YAG固體(ti) 激光切割機具有價(jia) 格低、穩定性好的特點，但能量效率一般低於(yu) 3%。目前產(chan) 品的輸出功率大多在800W以下，由於(yu) 輸出能量小，主要用於(yu) 打孔和點焊及薄板切割。它的綠色激光束可在脈衝(chong) 或連續波的情況下應用，具有波長短、聚光性好特點，適於(yu) 精密加工特別是在脈衝(chong) 下進行孔加工的情況，也可用於(yu) 切削、焊接和光刻等。YAG固體(ti) 激光切割機激光器的波長不易被非金屬吸收，故不能切割非金屬材料，且YAG固體(ti) 激光切割機需要提高電源穩定性和壽命。需要研製大容量、長壽命光泵激勵光源，采用半導體(ti) 光泵可使能量效率大幅度增長。

主要優(you) 點：能切割其他激光切割機無法切割的鋁板、銅板以及大多數有色金屬材料。機器采購價(jia) 格便宜、使用成本低、維護簡單，大部分關(guan) 鍵技術已被國內(nei) 企業(ye) 所掌握。配件價(jia) 格及維護成本低，且機器操作維護簡單，對工人人員素質要求不高。

主要市場定位：8mm以下切割。主要針對自用型中小企業(ye) 和加工要求不是特別高的大多數鈑金製造、家電製造、廚具製造、裝飾裝潢、廣告等行業(ye) 用戶，未來可能逐步取代線切割、數控衝(chong) 床、水切割、小功率等離子等傳(chuan) 統加工設備。

光纖激光切割機

光纖激光切割機可以通過光纖傳(chuan) 輸，柔性化程度空前提高，故障點少、維護方便、速度快，在切割4mm以內(nei) 薄板時具有很大優(you) 勢，但是受固體(ti) 激光波長的影響，其在切割厚板時質量較差。光纖激光器切割機波長為(wei) 1.06μm，不易被非金屬吸收，故不能切割非金屬材料。光纖激光的光電轉化率高達25%以上，在電費消耗、配套冷卻係統參數等方麵光纖激光優(you) 勢相當明顯。根據國際安全標準，光纖激光由於(yu) 波長短，對眼睛傷(shang) 害很大，屬於(yu) 危害最大的一級。出於(yu) 安全考慮，光纖激光加工需要在全封閉的環境進行。光纖激光切割機作為(wei) 一種新興(xing) 激光技術，普及程度遠遠不如CO2激光切割機。

主要優(you) 點：光電轉換率高、電力消耗少、能切割12mm以內(nei) 的不鏽鋼板、碳鋼板，是這三種機器中切割薄板速度最快的激光切割機。割縫細小、光斑質量好，可用於(yu) 精細切割。

主要市場定位：12mm以下切割，尤其是薄板的高精密加工。主要針對加工精度及效率要求極高的廠家。估計伴隨著5000W及以上激光器的出現，光纖激光切割機最終會(hui) 取代CO2大功率激光切割機的大部分市場。

激光切割方式

激光熔化切割

⑴激光熔化切割中，工件被局部熔化後借助氣流把熔化的材料噴射出去。因為(wei) 材料的轉移隻發生在其液態情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。

⑵激光光束配上高純惰性切割氣體(ti) 促使熔化的材料離開割縫，氣體(ti) 本身不參與(yu) 切割。

⑶激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高於(yu) 把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束隻被部分吸收。

⑷最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度增加和材料熔化溫度增加而成反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限製因素是割縫處的氣壓和材料的熱傳(chuan) 導率。

⑸激光熔化切割對於(yu) 鐵製材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。對於(yu) 鋼材料來說，會(hui) 產(chan) 生熔化但不到氣化的激光功率密度，激光功率密度在104W/cm2～105W/cm2之間。

激光火焰切割

激光火焰切割與(yu) 激光熔化切割不同之處在於(yu) 其使用氧氣作為(wei) 切割氣體(ti) 。借助於(yu) 氧氣和加熱後金屬之間的相互作用，發生化學反應使材料進一步加熱。對於(yu) 相同厚度的結構鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。

另一方麵，該方法和熔化切割相比切口質量更差。實際上生成了更寬的割縫、明顯的粗糙度、增加熱影響區區域和更差的邊緣質量。

⑴激光火焰切割在加工精密模型和尖角時是有缺陷的（有燒掉尖角的危險）。可以使用脈衝(chong) 模式激光限製熱影響區。

⑵所用的激光功率決(jue) 定切割速度。在激光功率一定的情況下，限製因素是氧氣的供應和材料的熱傳(chuan) 導率。

激光氣化切割

激光氣化切割過程中，材料在割縫處發生氣化，此情況下需要非常高的激光功率。為(wei) 了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料厚度一定不要大大超過激光光束直徑，該加工因而隻適合用在沒有熔化材料排出的情況下。該加工實際上隻用於(yu) 鐵基合金很小的使用領域。

該加工不能用於(yu) 木材和某些陶瓷，這些材料通常要達到更厚的切口。

⑴激光氣化切割中，最優(you) 光束聚焦取決(jue) 於(yu) 材料厚度和光束質量。

⑵激光功率和氣化熱對最優(you) 焦點位置有一定的影響。

⑶板材厚度一定的情況下，最大切割速度反比於(yu) 材料氣化溫度。

⑷所需激光功率密度大於(yu) 108W/cm2，取決(jue) 於(yu) 材料、切割深度和光束焦點位置。

⑸板材厚度一定的情況下。假設有足夠的激光功率，最大切割速度受到氣體(ti) 射流速度限製。

激光加工過程

加工過程指激光光束、加工氣體(ti) 和工件之間的相互作用。圖2所示為(wei) 加工參數。

圖2 加工參數

切割過程

在進行切割之前，激光必須將工件加熱到材料熔化和氣化所需的溫度。

切割平麵由一個(ge) 幾乎垂直的平麵組成，該平麵吸收激光輻射加熱並熔化。在激光火焰切割中，進入割縫的氧氣流進一步加熱熔化區，達到接近沸點溫度，產(chan) 生的氣化把材料移走。同時借助加熱氣體(ti) ，液化材料從(cong) 工件下部排出。

激光熔化切割中，液化材料隨氣體(ti) 排出，該氣體(ti) 保護割縫以防氧化。連續的熔化區沿著切割方向逐漸滑移，因而得到一條連續割縫。激光切割過程許多重要活動發生在該區域，對這些活動的分析可以得到激光切割的重要信息，可以計算切割速度並解釋牽引線特性的形成。

材料特性

在工件上進行切割的結果可能出現整潔的切口，或者相反，存在邊緣粗糙或過燒情況。

影響切割質量最重要的因素有。

⑴合金成分。

合金成分在一定程度上影響著材料的強度、比重、可焊接性、抗氧化能力和酸性。鐵合金材料中的一些重要元素有碳、鉻、鎳、鎂和鋅等。

碳含量越高，材料越難切（臨(lin) 界值認為(wei) 是含碳0.8%）。以下型號碳鋼用激光切割效果很好：St 37-2，StW 22，DIN 1.203。

⑵材料基本微觀結構。

一般來說，組成材料的顆粒越細，切割邊緣質量越好。

⑶表麵質量和粗糙度。

如果表麵有生鏽區域或氧化層，切割的輪廓將不規則並出現許多破損點；要切割波紋板，就選擇最大厚度切割參數。

⑷表麵處理。

最常用的表麵處理有鍍鋅、塗漆、陽極電鍍或覆蓋分層塑料膠片。用鋅處理過的板材易在邊緣出現掛渣。對於(yu) 塗漆的板材，切割質量依賴於(yu) 所塗產(chan) 品的成分組成。

有分層材料塗層的板材非常適合激光切割。為(wei) 了使電容式探測無故障工作，讓分層塗層得到最優(you) 粘合（避免產(chan) 生浮泡），分層邊必須總是在切割工件的上部。

⑸光束反射。

光束在工件表麵如何反射取決(jue) 於(yu) 基本材料、表麵粗糙度和處理方式。一些鋁合金、銅、黃銅和不鏽鋼板材具有高反射率特點。切割這些材料時，要特別注意調節好焦點位置。

⑹熱傳(chuan) 導率。

焊接時，低熱傳(chuan) 導率的材料和高熱傳(chuan) 導率的材料相比，需要更小的功率。比如對於(yu) 鉻鎳合金鋼，所需的功率要小於(yu) 結構鋼，加工產(chan) 生的熱吸收也更少。又比如銅、鋁和黃銅這些材料焊接時會(hui) 散失掉一大部分吸收激光產(chan) 生的熱，因為(wei) 熱從(cong) 光束目標點處傳(chuan) 導開了，所以熱影響區的材料更加難熔化。

⑺熱影響區。

激光火焰切割和激光熔化切割會(hui) 導致切割材料邊緣區域發生材料變異。關(guan) 於(yu) 熱影響區域的範圍與(yu) 基本材料厚度之間的關(guan) 係，表1列出了一些參考數值。

表1 材料厚度與(yu) 熱影響區域的關(guan) 係

從(cong) 表中可以了解：⑴加工低碳鋼或無氧鋼時，熱影響區淬火現象減少了；⑵高碳鋼（比如Ck60）會(hui) 出現邊緣區域變硬現象；⑶硬軋鋁合金的熱影響區會(hui) 比其餘(yu) 部分稍微軟一些。