浅析激光切割技术在机械制造中的应用

马志刚

摘 要：基于社会经济发展新形势下，我国机械制造领域得到了快速稳定发展。激光切割技术科学高效应用作为现代机械制造过程中的重中之重，是一项必不可缺的关键内容，直接关系到机械制造生产质量和效率。因此，机械制造企业要高度重视发挥出激光切割技术的价值作用，不断加大对激光切割技术的创新研发力度，完善我国机械制造工作体系，促使各项机械产品制造水平能够得到全面提升。本文将进一步对激光切割技术在机械制造中的应用展开分析与探讨，旨在为同行业者提供科学参考意见。

关键词：激光切割技术 机械制造 实践应用

Analysis of the Application of Laser Cutting Technology in Mechanical Manufacturing

Ma Zhigang

Abstract：Based on the new situation of social and economic development， my country's machinery manufacturing field has achieved rapid and stable development. The scientific and efficient application of laser cutting technology， as the top priority in the modern machinery manufacturing process， is an indispensable key content， which is directly related to the quality and efficiency of machinery manufacturing. Therefore， machinery manufacturing enterprises must attach great importance to the value of laser cutting technology， continue to increase the innovative research and development of laser cutting technology， improve my country's machinery manufacturing work system， and promote the overall improvement of the manufacturing level of various mechanical products. This article will further analyze and discuss the application of laser cutting technology in mechanical manufacturing， aiming to provide scientific reference opinions for the same industry.

Key words：laser cutting technology， mechanical manufacturing， practical application

1 引言

激光切割技術实质是指科学应用聚焦而成的高能量密度激光束将机械工件熔化或者汽化，并在辅助气体作用下促使熔化物或者氧化物吹除而成切口完成一系列切割操作。当前在机械制造领域激光切割技术已经成为了一种应用较为广泛和成熟完善的激光加工新技术，各大机械制造企业要想提高自身在市场上的核心竞争力，就必须合理引进应用该项先进技术，促进各项机械器件加工水平的有效提升，推动我国工业制造产业建设稳定持续的发展。

2 激光切割技术的主要类型

2.1 汽化切割

汽化切割是激光切割技术中应用最为广泛的一种切割形式，该种切割技术所采用激光功率密度较高，一旦将该激光照射在机械工件上，除了少部分会被反射外，大部分会被成功吸收转化为热能，促使工件表面在短时间达到沸腾温度，并在其表面形成钥匙扣。此外基于表面氧化等作用下，吸收率会大幅度提升，喷出的蒸汽会有效带走大量的熔融材料，促使材料汽化成切口。汽化切割技术通常被应用在脉冲激光，机械制造加工人员会利用其切割那些不融化的材料、塑料、木料以及陶瓷划片等。

2.2 熔化切割

熔化切割对于激光功率也有一定的要求，必须达到能够在工件表面切割加工形成钥匙扣，与汽化切割不同的是，熔化切割下的熔化物不是依靠气化过程清除，而是需要运用到辅助气体进行有效吹除。熔化切割不会面临着蒸汽对激光束的发射和吸收问题，激光束在切口间隙内移动时只与前侧的材料相互作用。此外，因为熔化切割形式下的激光束投射到受光工件材料斜面射角偏大，实际吸收激光能量无法持续维持熔化[1]，所以熔化过程需要逐步进行，并且最终切割会形成波浪形花纹。熔化切割采用的激光功率要远远小于汽化切割，其主要被应用在能够与氧发生放热反应的材料，像常见的铝、铜等，运用到的辅助气体包括了各种惰性气体、不活泼气体。

2.3 反应熔化切割

反应熔化切割实质是指通过运用激光束将工件材料有效加热到燃点，并基于工业纯氧与材料产生放热反应，最终释放出大量热量，切口处材料会氧化燃烧生成熔融氧化物后，被吹除形成切口的同时，其释放出来的热量还可以供给相邻材料，致使其他材料同样能够达到燃点，这样一来就能够保证反应熔化切割的连续进行。反应熔化切割所需的激光功率更小，只有汽化切割的1/20，其被机械制造企业广泛应用在对于钢与钛材料的切割。

3 激光切割技术的发展

激光切割技术当前已经被广泛应用在各个行业领域中，并且还在不断朝着新的方向发展。比如，机械制造领域中所运用的电弧辅助激光切割技术，其通过利用激光照射到机械工件背面，促使其能够在上面有效产生热点，然后保证电弧更为集中。基于电弧辅助激光切割作用下，电弧能量能够最大程度提升残渣的流动性，这样一来就能够实现激光切割速度的急剧上升。一般情况下当机械制造加工人员在利用电弧辅助激光切割技术对厚度为4mm的低碳钢板进行切割操作时，其实际激光功率会达到1500W，电弧功率则会达到3000W。而当氧气压力达到一定量时，激光切割速度将会来到52mm/s。又比如，在1988年首次提出来的水冷敷激光切割技术，该项技术在激光切割过程中会运用到二氧化碳激光器展开对2mm钢板的高速切割，并且切割时保持一定量的水压，激光束为1mm时其切割加水冷却则能够达到相应数值。高功率CO激光切割技术通过使用CO2激光器[2]，实际波长达到了10.6μm。在机械制造加工过程中由于工件金属对10.6μm波长的激光发射率高，因此机械制造加工人员更加希望能够运用波长更短的激光。CO激光波长为5μm，并且其功率已经达到了超过数千万瓦的水平。在相同功率下，通过使用CO2激光切割只能够切割厚度为20mm的低碳钢板，而当工作人员使用CO激光切割时则能够有效切割厚度为70mm的低碳钢板，由此可见该项激光切割技术有着更好的发展前景。

4 激光切割技术在机械制造中的实践应用

激光切割技术时通过运用高能量密度的激光束照射机械工件，促使激光束照射区域的温度大幅度上升，这样工件材料就会在汽化后蒸汽会快速排出，亦或者是融化后在其他辅助气体作用下排出熔渣和液态材料，最终形成切缝。激光切割技术可被实践应用在对钛合金、钢材以及铝合金等不同金属材料中，也能够用来加工制作玻璃、塑料以及陶瓷等非金属材料。激光切割操作属于是无接触加工，机械工件不会产生变形。激光作用在工件上的切口较为细窄，并且切缝处表面能够保持良好的光洁美观性。此外，激光切割在机械制造中的应用还具有切割效率快、柔性高以及成本低的优势特征。因此，现代机械制造企业要高度重视发挥出该项先进加工制造技术的作用，全面提升机械工件制造加工水平。

4.1 激光切割技术应用于金属工件加工

当机械制造人员在对金属工件进行加工作业时，通常情况下会采用小批量多品种展开代替冲压。而如果是面对批量小于5万的情况是，那么机械制造加工人员就可以优先选择使用激光切割技术展开金属工件的加工生产，这样能够帮助企业在最低成本下创造出最大的经济效益，实现企业制造生产建设稳定持续的发展。一般情况下激光切割技术去加工金属工件的精度能够达到0.1mm左右，该精确度已经超过了传统模具对金属工件的加工精度[3]。比如，在我国汽车市场中就存在汽车制造商通过实践应用先进的激光切割技术展开对小批量多品种钢板零件的加工制造，并且能够取得不错的切割加工效果。与此同时，一些机械制造企业在加工生产燃气轮机会热气构件、直升飞机叶片等金属工件时，也都会运用到激光切割技术。

4.2 激光切割技术应用于机械模具制造

机械制造企业通过利用激光切割技术去切割6mm以下钢板时，通常能够达到不错的精度。在机械制造加工过程中，激光切割技术被广泛应用在机械模具制造生产中，其主要表现为以下几方面内容：（1）机械制造加工人员通过使用激光切割技术切割加工钢板制造叠层模具。机械制造加工人员可以利用激光切割6mm以下钢板达到高精度的优势特点，去研制生产出叠层模具。该激光模具成本通常只有传统模具的三分之一，因此其能够帮助机械制造企业创造出更多的经济效益。比如，日本著名田村工机公司使用叠层模具用以冲制3.2mm以下的低碳钢制品，其精度能够有效达到±0.01mm;（2）机械制造加工人员通过使用激光切割技术切割加工制造薄板叠成的三维成型模具。在应用激光切割技术的同时，工作人员需要操作计算机辅助设计软件和计算机辅助制造软件进行对三维成型模具的制造加工，该种成型模具被广泛应用在金属模铸造和塑料成型中。

4.3 激光切割技術应用于非金属材料制品

通过将激光切割技术实践应用在非金属材料制品加工中，能够最大程度减少制品加工制作时间，并且充分保障非金属工件的制作加工质量。与传统板材加工技术相比较，激光切割技术的应用能够有效提升切割速度，并确保可以根据制品形状要求切割任意形状，不会留下过宽的切口。一般情况下，非金属材料对于激光的吸收率是较高的，其对激光切割技术的应用来说无疑具备更好的基础条件。就比如，模板激光切割加工、金刚石拉丝磨损后再生、手表宝石打出轴孔等都是非金属材料制品的激光切割技术应用较为典型的实践案例[4]。现代机械制造加工厂可以根据自身产品制作质量要求，合理引进应用自身需求的激光切割技术，帮助机械制造加工人员更好提升成品制作加工质量，并减少他们的工作任务量。

5 结语

综上所述，在科学技术发展如此发达的今天，激光切割技术的创新完善发展已经获得了广泛应用。现代机械制造企业要有效树立起先进的生产工作理念，注重引进应用各项先进技术，完善机械生产加工体系，提高自身的机械工件加工制造水平。激光切割技术作为一项先进的机械制造加工技术，有着切割效率高、精度高以及质量高的优势，因此广大企业要加强对该项技术的深入研究应用工作，确保能够最大程度发挥出其实际价值作用。

参考文献：

[1]郝喜海，吴若梅，张继江.激光切割技术在机械制造中的应用及发展[J].综述，2018（03）：54-56.

[2]张立柱.浅析激光切割技术在机械制造中的应用及发展[J].技术管理，2019（08）：23-26.

[3]黄诗君，张宏超.激光技术在材料加工中的应用现状与展望[J].机床与液压，2017（05）：89-90.

[4]鲜光斌，许小宝，罗琳，等.激光切割技术在冲压行业中的应用和发展趋势[J].模具制造，2018（12）：41-42.