激光切割在钣金加工行业的应用与展望

激光加工技术具有效率高、精度高、不易受材料限制和可柔性加工等优点，正在逐渐取代传统的加工制造方法，特别是在钣金切割领域，激光切割已经占据很高的比例。

在20 世纪70 年代，激光切割技术首先应用于现代工业生产，在随后的发展过程中逐渐应用于钣金加工、塑料、玻璃等不同材料的切割，成为工业生产过程中不可缺少的重要工艺。

激光设备初登钣金加工舞台

AMADA 成立于1946 年，是第一家考虑如何在钣金加工中使用激光技术的设备制造商。早在1978 年，为了响应客户想要拥有一种非接触式加工手段的愿望，AMADA 开始了激光设备的研发，并成功开发了第一台用于钣金加工的激光加工机lC-644。当时的激光设备，切割材料厚度小，切割速度慢，完全无法与现代激光机相比，但在当时具有划时代的意义，震惊了整个钣金加工行业。

钣金加工领域掀起工艺革命

激光切割技术已经发展了几十年，从固体激光器、CO2激光器到光纤激光器，技术日趋成熟。中国巨大的市场也使得激光切割可以在钣金加工行业进行大规模应用。随着竞争的加剧，钣金产业链各环节的利润空间被不断压缩，加上传统钣金加工工艺的缺陷，使得旧工艺已经不能满足企业的发展要求，取而代之的是激光切割技术。与此同时，中国逐渐成为国际制造业中心。制造业对金属加工的需求不断增加，对钣金加工能力的需求也越来越大，促进了激光切割的发展和繁荣。金属板材激光切割，如图1 所示。金属管材激光切割，如图2所示。

图1金属板材激光切割

图2金属管材激光切割

传统的钣金加工工艺“剪切- 冲孔- 折弯- 焊接”或“火焰等离子切割- 折弯- 焊接”，效率低，质量差，面对多品种、小批量、定制化、高质量、交货期短的订单，表现出明显的不适应性。激光切割工艺作为“剪切- 冲孔”的替代工艺，具有灵活和高柔性的特点，常用于制造复杂形状或者异形的工件和样品（单件或最小批量）。

传统钣金加工的劣势

传统的钣金切割设备在市场上占有相当大的份额。在激光切割设备出现以前，它们为钣金行业的发展做出了重要贡献。但是，与激光切割等现代技术相比，它存在明显的劣势，极大地影响了企业的竞争力。

传统的钣金下料设备大多使用剪床，而剪床只能用于直线切割，不能实现复杂形状的切割。

传统的钣金冲孔设备大多使用数控或者转塔冲床，对厚度大于1.5mm 的钢板切割有限制，且切割质量不好、成本高、噪音大，不利于环保。

火焰切割作为原有的传统切割方式，仅适用于粗加工，且切割质量差、速度慢、热变形大，易产生废料。

等离子切割与火焰切割类似，在切割薄钢板时热变形很大，斜度也较大，在精度要求高时不能使用，且消耗品较为昂贵。

激光切割的优势

激光切割具有柔性高、切割速度快、生产效率高以及生产周期短等优点。无论是简单形状还是复杂形状的零件，激光切割都可以实现一次性快速成形。

切缝窄、表面切割质量好、精度高，可用于精加工。

操作简单、自动化程度高、劳动强度低，可以降低人工成本。

可实现切割自动排样、套料，自动优化切割路径，提高了材料利用率。

无刀具磨损，后期维护使用费用低。

激光冲复合机

引领钣金加工工艺新潮流

虽然激光切割机在切割精度和中厚板切割方面与传统数控设备相比具有绝对优势，但在钣金加工行业某些特殊工艺的实现上仍然存在局限性，如无法实现百叶窗、浅拉、沉孔、翻边孔、加强筋以及压印等工艺要求。为了解决此局限性，激光冲复合机应运而生。

德国通快公司在1979 年生产了第一台冲孔- 激光复合机床，是世界上最早生产冲床- 激光切割复合机的公司之一。我国的江苏金方圆公司在2002 年制造过一台数控液压冲床-CO₂激光切割复合机，之后济南铸造锻压研究所也推出了一台数控冲床- 激光切割复合机。早期制造的冲床- 激光切割复合机都采用CO₂ 激光器，由于CO₂激光器自身的技术限制和成本高昂，影响了激光冲切复合加工设备的推广应用，因此这种复合机的应用很少。

通快激光冲复合机

随着激光器技术的发展，光纤激光发生器逐渐取代CO₂激光发生器。数控冲床光纤激光切割复合加工技术克服了早期冲床CO₂激光切割复合加工的缺点，与早期设备相比具有明显优势，已经得到了迅速推广和应用。

展望

激光加工具有效率高、精度高、不易受材料限制和可柔性加工等优点，正在逐渐取代传统的加工制造，一些行业已经进入了广泛推广和实际应用阶段。但是，由于我国激光切割技术发展时间较短，还存在着一些问题，在以后的研究中应从以下几个方面深入开展：

与国外一流激光切割技术相比，我国的切割质量不够好，切割速度不够快，自动化程度不够高。

目前，国产的激光切割机主要以10000W 以下的中低功率为主，高功率技术还不够成熟。

机器的适用性不够好，目前主要应用于板材、管材的平面切割，难以实现三维切割。

机器的性能受制于激光器、激光切割头、控制系统等自主品牌零部件的技术瓶颈，因此突破技术瓶颈对于提高整机性能至关重要。

作者：姜秀丽、韩增颂