一種激光切割小孔工藝的制作方法

本發明涉及一種激光切割工藝，尤其是一種激光切割小孔工藝，屬于激光切割技術領域。

背景技術：

激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加熱至汽化溫度，蒸發形成孔洞，隨著光束對材料的移動，孔洞連續形成寬度很窄的切縫，完成對材料的切割。

由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能夠獲得較好的切割質量。

激光切割切口細窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達±0.05mm。

切割表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，無需機械加工，零部件可直接使用。

材料經過激光切割后，熱影響區寬度很小，切縫附近材料的性能也幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫截面形狀呈現較為規則的長方形。

正因為激光切割具有眾多優點，故被廣泛的應用，在現有的激光切割機的切割工藝中，當開孔的直徑低于金屬壁厚的2.5倍時，激光切割時無法實現的，如金屬板壁厚為5mm時，激光開孔的直徑不得低于12.5mm，致使激光切割設備的不能發揮最大的功效，降低了激光切割機應用范圍。

技術實現要素：

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種激光切割小孔工藝，能夠加工直徑小于金屬板壁厚的小孔，最小能夠達到金屬板壁厚的0.4倍，能夠提高激光切割機的功效，提高激光切割機的應用范圍。

本發明采用的技術方案如下：

一種激光切割小孔工藝，包括以下步驟：

步驟1、定位金屬板，將待切割小孔的金屬板放置于加工平臺上，夾緊定位；

步驟2、設置匹配小孔輪廓的激光運動軌跡；

步驟3、設置激光切割機工藝參數，功率為1500W-2500W、脈沖頻率為60HZ-120HZ；

步驟4、切割成型，激光切割機結合輔助氣體穿孔并按照運動軌跡完成切割。

所述的小孔，是指金屬板開孔的直徑小于金屬板壁厚，最小能夠達到金屬板壁厚的0.4倍，而現有技術開孔直徑不得小于金屬板壁厚2.5倍，故本發明提高了激光切割機的功效，使激光切割機應用范圍更加廣泛。

采用本發明，首先在步驟1中，對切割小孔的金屬板安放、定位和夾緊，才能使在切割過程中，金屬板保持穩定，避免在切割過程中金屬板擺動，影響小孔的加工精度。

然后在步驟2中，按照待切割小孔的輪廓設置激光運動軌跡，保證切割完成后，金屬板上小孔滿足加工需求。

然后在步驟3中，設置激光切割機工藝參數，如果參數過小會造成穿不透金屬板，如果參數過大會造成過燒，使小孔的加工精度得不到保證，所以在切割金屬板時，合適的工藝參數顯得尤為重要，為了得到合適工藝參數，通過多年的實踐，多次試驗，終于掌握了一套完善的小孔切割技術，如金屬板壁厚為5mm時，可采用的工藝參數可以是：功率為1500W、脈沖頻率為60HZ；金屬板壁厚為16mm時，可采用的工藝參數可以是：功率為2500W、脈沖頻率為120HZ。需要說明的是本說明書所列舉的示例值只是優選的數值，便于理解本發明，在該數值上下波動的狀態下，也是能夠實現本發明的。

最后在步驟4中，對小孔進行切割成型，激光切割機結合輔助氣體穿孔并按照運動軌跡完成切割，輔助氣體能夠吹掉熔化的液態金屬，避免了冷卻后小孔上出現金屬瘤的情況；激光切割機按照預先設定好的運動軌跡和工藝參數對金屬板進行切割，完成對小孔的加工。

進一步的，步驟1中，金屬板壁厚為5mm-16mm，小孔的直徑為2mm-5mm。如金屬板壁厚為5mm時，可切割的小孔直徑為2mm，金屬板壁厚為16mm時，可切割的小孔直徑為5mm。

進一步的，步驟1中，金屬板為碳鋼、不銹鋼、鋁或鋁合金。

進一步的，步驟2中，運動軌跡的起始點設置于小孔輪廓線內側，經切入線引入小孔輪廓線。由于穿孔時需要比切割時更大的熱輸入，穿孔點的金屬熔化面積比切割過程中的大，能夠避免加工完成后小孔出現缺口的情況。

進一步的，所述起始點設置于小孔輪廓線的中心。本設計的目的是使穿孔點最大的遠離小孔輪廓線，減小穿孔點的熱量影響小孔切割，同時便于穿孔點的設置。

進一步的，步驟4中，激光切割機噴嘴與金屬板的距離為0.7mm-1.5mm。如金屬板壁厚為5mm時，噴嘴與金屬板的距離為1.5mm，金屬板壁厚為16mm時，噴嘴與金屬板的距離為0.7mm。

進一步的，步驟4中，采用瞬間爆破穿孔，激光切割機的瞬間功率為3000W。瞬間爆破穿孔能夠減少穿孔的持續時間，從而減少穿孔熱輸入對小孔切割時的影響。

進一步的，步驟4中，切割噴嘴的運動速度為500mm/min -2000mm/min。如金屬板壁厚為5mm時，切割噴嘴的運動速度為2000mm/min，金屬板壁厚為16mm時，切割噴嘴的運動速度為500mm/min。

進一步的，步驟4中，碳鋼切割小孔的輔助氣體為氧氣，不銹鋼、鋁或鋁合金切割小孔的輔助氣體為氮氣。碳鋼切割小孔的輔助氣體為氧氣，能夠吹掉熔化的液態金屬的同時具有助燃效果；當然也可以采用空氣，但助燃效果不及氧氣，還可以采用氮氣，但小孔切割質量不如氧氣。不銹鋼、鋁或鋁合金切割小孔的輔助氣體為氮氣，能夠吹掉熔化的液態金屬，同時能夠保護切割斷面不被氧化，保證小孔外觀質量；當然也可以采用氬氣等惰性氣體，但是成本過高。

進一步的，步驟4中，碳鋼切割小孔的輔助氣體的壓力為0.4MPa-0.7MPa，不銹鋼、鋁或鋁合金切割小孔的輔助氣體的壓力為1.2MPa-3.5MPa。金屬板壁厚不同，熔化金屬量便不同，所需吹掉液態金屬的氣體壓力便不同；不同的金屬材質的特性不同，故輔助氣體的壓力也不同，能夠保證加工質量的同時節約輔助氣體；如碳鋼板壁厚為5mm時，輔助氣體的壓力為0.4MPa，不銹鋼板壁厚為16mm時，輔助氣體的壓力為3.5MPa。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

本發明的一種激光切割小孔工藝，能夠加工直徑小于金屬板壁厚的小孔，最小能夠達到金屬板壁厚的0.4倍，能夠提高激光切割機的功效，提高激光切割機的應用范圍。

附圖說明

本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是匹配小孔輪廓的激光運動軌跡示意圖；

圖2是切割成型的小孔示意圖。

圖中標記：11-起始點、12-切入線、13-小孔輪廓線、2-小孔、3-金屬板。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

實施例1：

如圖1和圖2所示，本實施例以壁厚為5mm的碳鋼板，激光切割直徑為2mm的小孔為例。

本實施例的一種激光切割小孔工藝，包括以下步驟：

步驟1、定位金屬板3，將待切割小孔的金屬板3放置于加工平臺上，夾緊定位；

步驟2、設置匹配小孔2輪廓的激光運動軌跡；

步驟3、設置激光切割機工藝參數，功率為1500W、脈沖頻率為60HZ；

步驟4、切割成型，激光切割機結合輔助氣體穿孔并按照運動軌跡完成切割。

本實施例中，步驟1中，金屬板3壁厚為5mm，小孔2的直徑為2mm。

本實施例中，步驟1中，金屬板3為碳鋼。

本實施例中，步驟2中，運動軌跡的起始點11設置于小孔輪廓線13內側，經切入線12引入小孔輪廓線13。優選的，起始點11設置于小孔輪廓線13的中心。

本實施例中，步驟4中，激光切割機噴嘴與金屬板3的距離為1.5mm。

本實施例中，步驟4中，采用瞬間爆破穿孔，激光切割機的瞬間功率為3000W。

本實施例中，步驟4中，切割噴嘴的運動速度為2000mm/min。

本實施例中，步驟4中，輔助氣體為氧氣。

本實施例中，步驟4中，輔助氣體的壓力為0.4MPa。

實施例2：

如圖1和圖2所示，本實施例以壁厚為8mm的不銹鋼，激光切割直徑為3mm的小孔為例。

本實施例的一種激光切割小孔工藝，包括以下步驟：

步驟1、定位金屬板3，將待切割小孔的金屬板3放置于加工平臺上，夾緊定位；

步驟2、設置匹配小孔2輪廓的激光運動軌跡；

步驟3、設置激光切割機工藝參數，功率為1800W、脈沖頻率為75HZ；

步驟4、切割成型，激光切割機結合輔助氣體穿孔并按照運動軌跡完成切割。

本實施例中，步驟1中，金屬板壁3厚為8mm，小孔2的直徑為3mm。

本實施例中，步驟1中，金屬板3為不銹鋼。

本實施例中，步驟2中，運動軌跡的起始點11設置于小孔輪廓線13內側，經切入線12引入小孔輪廓線13。優選的，起始點11設置于小孔輪廓線13的中心。

本實施例中，步驟4中，激光切割機噴嘴與金屬板3的距離為1.3mm。

本實施例中，步驟4中，采用瞬間爆破穿孔，激光切割機的瞬間功率為3000W。

本實施例中，步驟4中，切割噴嘴的運動速度為1600mm/min。

本實施例中，步驟4中，輔助氣體為氮氣。

本實施例中，步驟4中，輔助氣體的壓力為1.8MPa 。

在另一實施例中，步驟1中，金屬板3還可以為鋁或鋁合金。

實施例3：

如圖1和圖2所示，本實施例以壁厚為12mm的鋁板，激光切割直徑為4mm的小孔為例。

本實施例的一種激光切割小孔工藝，包括以下步驟：

步驟1、定位金屬板3，將待切割小孔的金屬板3放置于加工平臺上，夾緊定位；

步驟2、設置匹配小孔2輪廓的激光運動軌跡；

步驟3、設置激光切割機工藝參數，功率為2200W、脈沖頻率為100HZ；

步驟4、切割成型，激光切割機結合輔助氣體穿孔并按照運動軌跡完成切割。

本實施例中，步驟1中，金屬板3壁厚為12mm，小孔2的直徑為4mm。

本實施例中，步驟1中，金屬板3為鋁。

本實施例中，步驟2中，運動軌跡的起始點11設置于小孔輪廓線13內側，經切入線12引入小孔輪廓線13。優選的，起始點11設置于小孔輪廓線13的中心。

本實施例中，步驟4中，激光切割機噴嘴與金屬板3的距離為1.0mm。

本實施例中，步驟4中，采用瞬間爆破穿孔，激光切割機的瞬間功率為3000W。

本實施例中，步驟4中，切割噴嘴的運動速度為1100mm/min。

本實施例中，步驟4中，輔助氣體為氮氣。

本實施例中，步驟4中，輔助氣體的壓力為2.7MPa。

在另一實施例中，步驟1中，金屬板3還可以為不銹鋼或鋁合金。

實施例4：

如圖1和圖2所示，本實施例以壁厚為16mm的鋁合金板，激光切割直徑為5mm的小孔為例。

本實施例的一種激光切割小孔工藝，包括以下步驟：

步驟1、定位金屬板3，將待切割小孔的金屬板3放置于加工平臺上，夾緊定位；

步驟2、設置匹配小孔2輪廓的激光運動軌跡；

步驟3、設置激光切割機工藝參數，功率為2500W、脈沖頻率為120HZ；

步驟4、切割成型，激光切割機結合輔助氣體穿孔并按照運動軌跡完成切割。

本實施例中，步驟1中，金屬板3壁厚為16mm，小孔2的直徑為5mm。

本實施例中，步驟1中，金屬板3為鋁合金。

本實施例中，步驟2中，運動軌跡的起始點11設置于小孔輪廓線13內側，經切入線12引入小孔輪廓線13。優選的，起始點11設置于小孔輪廓線13的中心。

本實施例中，步驟4中，激光切割機噴嘴與金屬板的距離為0.7mm。

本實施例中，步驟4中，采用瞬間爆破穿孔，激光切割機的瞬間功率為3000W。

本實施例中，步驟4中，切割噴嘴的運動速度為500mm/min。

本實施例中，步驟4中，輔助氣體為氮氣。

本實施例中，步驟4中，輔助氣體的壓力為3.5MPa。

在另一實施例中，步驟1中，金屬板3還可以為不銹鋼或鋁。

采用本發明的一種激光切割小孔工藝，能夠加工直徑小于金屬板壁厚的小孔，最小能夠達到金屬板壁厚的0.4倍，能夠提高激光切割機的功效，提高激光切割機的應用范圍。

本發明并不局限于前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。