一种激光切割小孔工艺的制作方法

本发明涉及一种激光切割工艺，尤其是一种激光切割小孔工艺，属于激光切割技术领域。

背景技术：

激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成对材料的切割。

由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。

激光切割切口细窄，切缝两边平行并且与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±0.05mm。

切割表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激光切割可以作为最后一道工序，无需机械加工，零部件可直接使用。

材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，并且工件变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。

正因为激光切割具有众多优点，故被广泛的应用，在现有的激光切割机的切割工艺中，当开孔的直径低于金属壁厚的2.5倍时，激光切割时无法实现的，如金属板壁厚为5mm时，激光开孔的直径不得低于12.5mm，致使激光切割设备的不能发挥最大的功效，降低了激光切割机应用范围。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种激光切割小孔工艺，能够加工直径小于金属板壁厚的小孔，最小能够达到金属板壁厚的0.4倍，能够提高激光切割机的功效，提高激光切割机的应用范围。

本发明采用的技术方案如下：

一种激光切割小孔工艺，包括以下步骤：

步骤1、定位金属板，将待切割小孔的金属板放置于加工平台上，夹紧定位；

步骤2、设置匹配小孔轮廓的激光运动轨迹；

步骤3、设置激光切割机工艺参数，功率为1500W-2500W、脉冲频率为60HZ-120HZ；

步骤4、切割成型，激光切割机结合辅助气体穿孔并按照运动轨迹完成切割。

所述的小孔，是指金属板开孔的直径小于金属板壁厚，最小能够达到金属板壁厚的0.4倍，而现有技术开孔直径不得小于金属板壁厚2.5倍，故本发明提高了激光切割机的功效，使激光切割机应用范围更加广泛。

采用本发明，首先在步骤1中，对切割小孔的金属板安放、定位和夹紧，才能使在切割过程中，金属板保持稳定，避免在切割过程中金属板摆动，影响小孔的加工精度。

然后在步骤2中，按照待切割小孔的轮廓设置激光运动轨迹，保证切割完成后，金属板上小孔满足加工需求。

然后在步骤3中，设置激光切割机工艺参数，如果参数过小会造成穿不透金属板，如果参数过大会造成过烧，使小孔的加工精度得不到保证，所以在切割金属板时，合适的工艺参数显得尤为重要，为了得到合适工艺参数，通过多年的实践，多次试验，终于掌握了一套完善的小孔切割技术，如金属板壁厚为5mm时，可采用的工艺参数可以是：功率为1500W、脉冲频率为60HZ；金属板壁厚为16mm时，可采用的工艺参数可以是：功率为2500W、脉冲频率为120HZ。需要说明的是本说明书所列举的示例值只是优选的数值，便于理解本发明，在该数值上下波动的状态下，也是能够实现本发明的。

最后在步骤4中，对小孔进行切割成型，激光切割机结合辅助气体穿孔并按照运动轨迹完成切割，辅助气体能够吹掉熔化的液态金属，避免了冷却后小孔上出现金属瘤的情况；激光切割机按照预先设定好的运动轨迹和工艺参数对金属板进行切割，完成对小孔的加工。

进一步的，步骤1中，金属板壁厚为5mm-16mm，小孔的直径为2mm-5mm。如金属板壁厚为5mm时，可切割的小孔直径为2mm，金属板壁厚为16mm时，可切割的小孔直径为5mm。

进一步的，步骤1中，金属板为碳钢、不锈钢、铝或铝合金。

进一步的，步骤2中，运动轨迹的起始点设置于小孔轮廓线内侧，经切入线引入小孔轮廓线。由于穿孔时需要比切割时更大的热输入，穿孔点的金属熔化面积比切割过程中的大，能够避免加工完成后小孔出现缺口的情况。

进一步的，所述起始点设置于小孔轮廓线的中心。本设计的目的是使穿孔点最大的远离小孔轮廓线，减小穿孔点的热量影响小孔切割，同时便于穿孔点的设置。

进一步的，步骤4中，激光切割机喷嘴与金属板的距离为0.7mm-1.5mm。如金属板壁厚为5mm时，喷嘴与金属板的距离为1.5mm，金属板壁厚为16mm时，喷嘴与金属板的距离为0.7mm。

进一步的，步骤4中，采用瞬间爆破穿孔，激光切割机的瞬间功率为3000W。瞬间爆破穿孔能够减少穿孔的持续时间，从而减少穿孔热输入对小孔切割时的影响。

进一步的，步骤4中，切割喷嘴的运动速度为500mm/min -2000mm/min。如金属板壁厚为5mm时，切割喷嘴的运动速度为2000mm/min，金属板壁厚为16mm时，切割喷嘴的运动速度为500mm/min。

进一步的，步骤4中，碳钢切割小孔的辅助气体为氧气，不锈钢、铝或铝合金切割小孔的辅助气体为氮气。碳钢切割小孔的辅助气体为氧气，能够吹掉熔化的液态金属的同时具有助燃效果；当然也可以采用空气，但助燃效果不及氧气，还可以采用氮气，但小孔切割质量不如氧气。不锈钢、铝或铝合金切割小孔的辅助气体为氮气，能够吹掉熔化的液态金属，同时能够保护切割断面不被氧化，保证小孔外观质量；当然也可以采用氩气等惰性气体，但是成本过高。

进一步的，步骤4中，碳钢切割小孔的辅助气体的压力为0.4MPa-0.7MPa，不锈钢、铝或铝合金切割小孔的辅助气体的压力为1.2MPa-3.5MPa。金属板壁厚不同，熔化金属量便不同，所需吹掉液态金属的气体压力便不同；不同的金属材质的特性不同，故辅助气体的压力也不同，能够保证加工质量的同时节约辅助气体；如碳钢板壁厚为5mm时，辅助气体的压力为0.4MPa，不锈钢板壁厚为16mm时，辅助气体的压力为3.5MPa。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的一种激光切割小孔工艺，能够加工直径小于金属板壁厚的小孔，最小能够达到金属板壁厚的0.4倍，能够提高激光切割机的功效，提高激光切割机的应用范围。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是匹配小孔轮廓的激光运动轨迹示意图；

图2是切割成型的小孔示意图。

图中标记：11-起始点、12-切入线、13-小孔轮廓线、2-小孔、3-金属板。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例以壁厚为5mm的碳钢板，激光切割直径为2mm的小孔为例。

本实施例的一种激光切割小孔工艺，包括以下步骤：

步骤1、定位金属板3，将待切割小孔的金属板3放置于加工平台上，夹紧定位；

步骤2、设置匹配小孔2轮廓的激光运动轨迹；

步骤3、设置激光切割机工艺参数，功率为1500W、脉冲频率为60HZ；

步骤4、切割成型，激光切割机结合辅助气体穿孔并按照运动轨迹完成切割。

本实施例中，步骤1中，金属板3壁厚为5mm，小孔2的直径为2mm。

本实施例中，步骤1中，金属板3为碳钢。

本实施例中，步骤2中，运动轨迹的起始点11设置于小孔轮廓线13内侧，经切入线12引入小孔轮廓线13。优选的，起始点11设置于小孔轮廓线13的中心。

本实施例中，步骤4中，激光切割机喷嘴与金属板3的距离为1.5mm。

本实施例中，步骤4中，采用瞬间爆破穿孔，激光切割机的瞬间功率为3000W。

本实施例中，步骤4中，切割喷嘴的运动速度为2000mm/min。

本实施例中，步骤4中，辅助气体为氧气。

本实施例中，步骤4中，辅助气体的压力为0.4MPa。

实施例2：

如图1和图2所示，本实施例以壁厚为8mm的不锈钢，激光切割直径为3mm的小孔为例。

本实施例的一种激光切割小孔工艺，包括以下步骤：

步骤1、定位金属板3，将待切割小孔的金属板3放置于加工平台上，夹紧定位；

步骤2、设置匹配小孔2轮廓的激光运动轨迹；

步骤3、设置激光切割机工艺参数，功率为1800W、脉冲频率为75HZ；

步骤4、切割成型，激光切割机结合辅助气体穿孔并按照运动轨迹完成切割。

本实施例中，步骤1中，金属板壁3厚为8mm，小孔2的直径为3mm。

本实施例中，步骤1中，金属板3为不锈钢。

本实施例中，步骤2中，运动轨迹的起始点11设置于小孔轮廓线13内侧，经切入线12引入小孔轮廓线13。优选的，起始点11设置于小孔轮廓线13的中心。

本实施例中，步骤4中，激光切割机喷嘴与金属板3的距离为1.3mm。

本实施例中，步骤4中，采用瞬间爆破穿孔，激光切割机的瞬间功率为3000W。

本实施例中，步骤4中，切割喷嘴的运动速度为1600mm/min。

本实施例中，步骤4中，辅助气体为氮气。

本实施例中，步骤4中，辅助气体的压力为1.8MPa 。

在另一实施例中，步骤1中，金属板3还可以为铝或铝合金。

实施例3：

如图1和图2所示，本实施例以壁厚为12mm的铝板，激光切割直径为4mm的小孔为例。

本实施例的一种激光切割小孔工艺，包括以下步骤：

步骤1、定位金属板3，将待切割小孔的金属板3放置于加工平台上，夹紧定位；

步骤2、设置匹配小孔2轮廓的激光运动轨迹；

步骤3、设置激光切割机工艺参数，功率为2200W、脉冲频率为100HZ；

步骤4、切割成型，激光切割机结合辅助气体穿孔并按照运动轨迹完成切割。

本实施例中，步骤1中，金属板3壁厚为12mm，小孔2的直径为4mm。

本实施例中，步骤1中，金属板3为铝。

本实施例中，步骤2中，运动轨迹的起始点11设置于小孔轮廓线13内侧，经切入线12引入小孔轮廓线13。优选的，起始点11设置于小孔轮廓线13的中心。

本实施例中，步骤4中，激光切割机喷嘴与金属板3的距离为1.0mm。

本实施例中，步骤4中，采用瞬间爆破穿孔，激光切割机的瞬间功率为3000W。

本实施例中，步骤4中，切割喷嘴的运动速度为1100mm/min。

本实施例中，步骤4中，辅助气体为氮气。

本实施例中，步骤4中，辅助气体的压力为2.7MPa。

在另一实施例中，步骤1中，金属板3还可以为不锈钢或铝合金。

实施例4：

如图1和图2所示，本实施例以壁厚为16mm的铝合金板，激光切割直径为5mm的小孔为例。

本实施例的一种激光切割小孔工艺，包括以下步骤：

步骤1、定位金属板3，将待切割小孔的金属板3放置于加工平台上，夹紧定位；

步骤2、设置匹配小孔2轮廓的激光运动轨迹；

步骤3、设置激光切割机工艺参数，功率为2500W、脉冲频率为120HZ；

步骤4、切割成型，激光切割机结合辅助气体穿孔并按照运动轨迹完成切割。

本实施例中，步骤1中，金属板3壁厚为16mm，小孔2的直径为5mm。

本实施例中，步骤1中，金属板3为铝合金。

本实施例中，步骤2中，运动轨迹的起始点11设置于小孔轮廓线13内侧，经切入线12引入小孔轮廓线13。优选的，起始点11设置于小孔轮廓线13的中心。

本实施例中，步骤4中，激光切割机喷嘴与金属板的距离为0.7mm。

本实施例中，步骤4中，采用瞬间爆破穿孔，激光切割机的瞬间功率为3000W。

本实施例中，步骤4中，切割喷嘴的运动速度为500mm/min。

本实施例中，步骤4中，辅助气体为氮气。

本实施例中，步骤4中，辅助气体的压力为3.5MPa。

在另一实施例中，步骤1中，金属板3还可以为不锈钢或铝。

采用本发明的一种激光切割小孔工艺，能够加工直径小于金属板壁厚的小孔，最小能够达到金属板壁厚的0.4倍，能够提高激光切割机的功效，提高激光切割机的应用范围。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。