刘赟

摘要：与传统切割方法相比，激光切割等具有明显的优势。在实际切割中，为满足不同类型金属板的加工需要，应根据板材尺寸、加工精度和板材形状特点，采用各种三维激光切割平台进行加工。可有效保证产品加工质量，激光技术有更广阔的应用市场。

关键词：热成形；激光切割；参数设置

一、引言

与传统切割方法相比，激光切割等具有明显的优势。由于激光切割其高精度，窄缝效果明显，激光切割采用非接触技术加工。随着制造业的发展，越来越需要激光切割的质量。特别是在航空领域，当对复杂的曲面钣金零件进行三维激光切割时，需要根据曲面曲率实时调整激光头的姿态和工艺参数，以保证切割质量。通过仿真系统，工作人员不仅可以直观地掌握激光切割工艺，保证加工代码的可靠性，还可以优化一些切割工艺问题，保证切割质量。在实际切割中，为满足不同类型金属板的加工需要，应根据板材尺寸、加工精度和板材形状特点，采用各种三维激光切割平台进行加工。目前激光切割仿真软件的虚拟现场施工效率低，平台切换复杂，学习成本高，缺少切割痕迹的实施，工艺处理模块不完善。本文对如何做好激光切割参数设置与质量控制进行了分析。

二、激光技术概述

激光由原子激发发射和共振放大形成。在激光聚焦后，它照射在材料上并迅速增加材料温度以熔化或蒸发。随着激光和被切割材料的相对运动，在切割材料上形成切口以达到切割的目的。激光雕刻是激光束穿过光导聚焦系统并射击雕刻材料，在一定范围内移除材料，并保留未照射的材料。

三、激光切割的参数设置

激光切割参数包括切割速度、功率、气割等内容，激光切割分别对切割质量和切割效率进行分析，分析不同类型的影响，但通过激光切割组合实现最佳配置所需的各种参数，不同工厂将根据成本结构在一定程度上对质量和效率特别重视和权衡。

1.切割速度。激光切割激光头可在单位时间内沿着零件形状移动。激光切割切割速度越高，切割时间越短，激光切割生产效率越高。但是，当其他参数固定时，激光切割速度与切割质量不成线性关系。合理的切割速度是一个范围值，低于该范围值，激光束的能量在零件表面上保持太多而形成过度燃烧，超过该范围值，激光束的能量太晚而不能完全熔化零件材料，导致切割不可穿透。

2.激光输出功率。激光输出功率是激光系统的输出能量，激光切割代表激光束在单位时间内熔化材料的能力。

3.焦点位置。激光输出最终通过特殊镜头聚焦在功率密度最高的点。焦斑直径与聚焦透镜的焦深成比例。激光切割重点是根据不同位置的不同厚度设定，正确的焦点位置，是获得稳定切削质量的重要条件，激光切割切割质量与激光束有关，但也与激光束聚焦系统的特性有关，即激光切割聚焦后激光束的大小对激光切割质量有很大影响。

4.辅助气体的气压。在缝隙形成切口。适当的气压可以帮助加快激光切割速度，辅助气体压力的大小对光纤激光切割机的切割效率也有影响。如果激光切割处理材料的厚度增加或切割速度慢，则应适当降低气体压力。采用较低的气压切割可防止结霜。

5.喷嘴距离。聚焦激光通过铜喷嘴施加到部件的表面。工件和激光噴嘴之间的距离称为喷嘴的距离。从喷嘴到部件的距离是根据流量和压力来测量的。太远的气体吹气力损失太大，废气流量过大，影响飞溅，适当的距离在0.8-1.0mm。根据不同的材料厚度选择不同型号的喷嘴。

系统功能主要包括虚拟加工场景三维可视化模块，多平台机床运动学计算模块，过程实施例和代码输出模块。虚拟处理场景的三维可视化模块包括虚拟处理场景构建，运动模型构建，材料去除过程模拟等。多平台机床运动学计算模块包括龙门五轴机床运动学计算，垂直六轴机器人和倒立机器人运动学计算，基于刀位点的P矩阵计算等。过程实施例和代码输出模块包括过程缺陷显示，碰撞检测实现，过渡轨迹显示等。激光切割场景中包括各种模型，因此它是有必要建立一个快速的方法来构建虚拟环境。各种机床平台的结构和运动形式存在差异，点数据进行机床运动学计算，并将计算结果输入运动模型，实现机床运动仿真。通过实时切割痕迹反映切割质量，需要模拟激光切割材料的去除过程。在仿真中，反映和处理过程现象，最终生成相应平台的可靠处理代码。

四、影响激光切割质量主要因素的分析试验

根据影响激光切割质量的因素分析，选择厚度为1.0～3.0mm的热成形件进行激光切割试验，选择切割块，切割孔或切削刃进行分析。测试程序如下。

1.测试焦点位置并根据焦点的偏移进行调整。聚焦位置逐渐从3mm调整到3mm，每次增加0.5mm进行一次。记录完成后比较切割质量。在下一次测试中保留了具有最佳切割质量的焦点位置。

2.调整激光切割的功率。在第一步中以最佳切割状态在焦点位置进行功率测试。功率从1000 W开始，每300 W切割一次。记录并比较切割质量。

3.改变切割气体压力。测试了第二步中具有最佳切割质量的焦点和功率状态。气压从7Pa开始，每次加入1Pa时比较切割质量。保留具有最佳切割质量的激光切割气体压力值用于下一次测试。

4.提高切割速度。测试了第三步中最佳切割质量的焦点，功率状态和切割气体压力值。切割速度从6000毫米/分钟开始，并增加1000毫米/分钟。记录并比较切割质量。

5.喷嘴距离的设定。测试了步骤4中具有最佳切割质量的焦点，功率状态，切割气体压力值和切割速度。喷嘴距离从0.6mm开始，每次增加0.2mm，直到喷嘴距离调整为1.2mm。每次记录并比较切割状态，最后得到最佳切割质量的喷嘴距离值。

选择案例1：2 mm厚度材料，调整焦点位置-3 mm，氮气切割压力12 Pa，喷嘴距离1 mm，切割功率3000 W，切割速度为12米/分钟，因为各种参数调整好，切割条件好，通过各种测试，在参数调整到最合适的情况下，切割表面光滑。

五、结语

根据运动形式和运动特性，可以通过运动配置建立机床运动轴的运动模型。同时，确保每个模型的相对位置，并使用OIV读取WRL文件功能界面，实现虚拟处理场景的快速构建。结合激光切割技术特点，对模型制作进行了分析，可有效保证产品加工质量，激光技术有更广阔的应用市场。

参考文献

[1]陈根余，曹茂林，黄丰杰. 三维激光切割的应用和研究[J]. 激光与光电子学进展，2007（03）：38-42.

[2]陈根余，梅丽芳，张明军，刘旭飞，王祖建. 激光焊接、切割在汽车制造中的應用[J]. 激光与光电子学进展，2009，46（09）：17-23.

[3]邓家科，王中，朱付金，卢飞星. 数控激光切割技术发展趋势与市场分析[J]. 激光与光电子学进展，2009，46（05）：59-63.

[4]郭华锋，李菊丽，孙涛. 激光切割技术的研究进展[J]. 徐州工程学院学报（自然科学版），2015，30（04）：71-78.

[5]孙健峰，张庆茂，杨洲，郭亮，周斯伟. 316L不锈钢光纤激光切割工艺优化研究[J]. 应用激光，2016，36（01）：72-77.

[6]鄢锉，李力钧，李娟，谢小柱，张屹. 激光切割板材表面质量研究综述[J]. 激光技术，2005（03）：270-274.

[7]周永恒，廖健宏，蒙红云，刘颂豪. 血管内支架的激光精细切割技术[J]. 应用激光，2005（03）：161-164+154.

[8]洪超，周鹏飞，崔凯，曹欢. 一种卷料激光切割自动化生产线[J]. 锻压装备与制造技术，2018，05：29-31.

[9]魏英姿，谭龙田，谷侃锋，杨继兰，曹雪萍. 结合空间信息定位玉米籽粒激光切片的聚类方法[J]. 农业机械学报，，：1-10.

[10]张晋烨，张海云，李志永，孙晓宇，王永琪. 激光参量对血管支架重铸层及热影响区的影响[J]. 激光技术，，：1-6.

[11]律昌硕，吴孜越，杨树明，贾松涛. 激光切割过程中位置检测系统抗干扰研究[J]. 西安交通大学学报，2019，02：1-8.

[12]孙玉国，刘慧颖. 激光切割Z轴位置随动控制系统设计[J]. 机电工程技术，2018，12：16-18.

（作者单位：江苏核工业格林水处理有限责任公司）