激光切割时在尖角或小拐角处出现毛刺,这是一个非常常见的问题。这主要是由于在这些区域热量容易堆积、气流不稳定、切割速度变化剧烈等因素造成的熔融材料未能被完全吹走并重新凝固。以下是一些解决此问题的有效方法,需要从多个方面进行排查和优化:
1.优化切割工艺参数(最常用和有效的方法)
降低激光功率:在尖角/小拐角区域,由于切割速度降低(为了走轮廓),单位面积接收的能量会增加,导致过热熔化过多材料。适当降低该区域的功率可以减少熔池大小和毛刺形成。许多先进的激光切割控制系统都具备"尖角功率补偿"或"过烧抑制"功能,能自动在拐角处降低功率。
提高切割速度(在可能的情况下):在接近尖角前稍微提高速度(但要保证能切透),或在拐角处维持相对较高的速度(利用系统的"尖角降速"功能控制减速幅度),可以减少热量输入。目标是最小化在拐角处的停留时间。
调整气体压力和类型:
增加辅助气体压力:确保足够高的气压能更有效地将熔融金属从切缝中吹走,尤其是在气流容易受阻的拐角处。这是解决毛刺最直接的气体相关措施。
优化气体类型:对于容易产生毛刺的材料(如不锈钢、铝合金),使用高纯度的氮气进行高压切割通常比氧气能获得更光滑、无氧化渣的切割面。氧气切割碳钢时产生的氧化渣也容易在拐角处堆积。
检查气体纯度:不纯的气体(尤其是氮气中的氧气含量过高)会影响切割效果和毛刺产生。
调整焦点位置:焦点位置直接影响能量密度和切缝宽度。进行焦点位置测试,找到最适合当前材料和厚度的焦点,通常能获得更干净的切口。有时略微正离焦(焦点在材料表面之下)或负离焦(焦点在材料表面之上)可能对特定材料和厚度改善拐角效果。
2.确保喷嘴状态和高度
使用合适尺寸和完好无损的喷嘴:喷嘴孔径需要与材料和厚度匹配。检查喷嘴是否清洁、无熔渣堵塞、无变形或损伤。损坏或不匹配的喷嘴会导致气流紊乱,无法有效清除熔渣,拐角处尤其明显。
精确控制喷嘴高度:使用电容或机械高度跟踪系统,确保在整个切割过程中,喷嘴到板材的距离保持恒定(通常在0.8-1.5mm左右,具体看喷嘴设计)。高度过高会降低气体冲击力;高度过低可能导致碰撞或影响气流。
3.优化切割路径和编程
添加微小圆角:在允许的情况下,将尖锐的内角或外角设计成非常小的圆角(例如R0.2-R0.5mm)。这能显著改善气流状态,避免速度的急剧变化和热量的极度集中,从而大幅减少甚至消除毛刺。这是工程设计中非常实用的技巧。
使用"过切"或"延长切割线"策略:在尖角终点处,让激光稍微"跑出去"一点(过切),确保该点被完全切断,避免因未切断而产生的粘连毛刺。
优化切割方向:尝试改变切割路径的方向,有时能改善特定拐角的气流和散热情况。
利用"尖角降速"参数:在切割控制软件中,合理设置拐角处的减速参数。降速太多会导致过热毛刺,降速太少可能导致切割不透或拐角不尖锐。需要找到一个平衡点,或者配合功率补偿使用。
分段切割或优化切割顺序:对于非常复杂的图形,考虑分区域切割或调整切割顺序,避免热量在局部区域过度积累。
4. 检查设备状态和维护
清洁光学镜片:污染的光学镜片(保护镜、聚焦镜)会降低激光功率和光束质量,影响切割能力,容易导致毛刺。定期清洁至关重要。
检查导轨、齿轮、皮带:确保运动系统平稳精确。在拐角处,运动系统的动态响应和精度对切割质量影响很大。任何松动、磨损或润滑不足都会导致振动或位置偏差,引起毛刺。
校准光束同轴度:确保激光光束从喷嘴中心垂直射出。偏离中心的激光束会影响切割质量和气体流动的对称性。
5.材料因素
板材表面状态:表面有严重锈蚀、油污、涂层或不平整会影响切割效果和毛刺产生。确保板材表面相对清洁平整。
材料成分和均匀性:不同批次或牌号的材料可能略有差异,有时需要微调参数。
6.后处理(如果以上无法完全消除)
轻微毛刺:使用百洁布、油石或手持小砂轮进行快速打磨。
较多毛刺:考虑使用振动研磨机(光饰机)、磁力研磨机或喷砂进行批量去毛刺处理。
高精度要求:对于精密零件,可能需要化学去毛刺(适用于特定材料)或使用CNC去毛刺机。
解决步骤建议:
1.检查基础:首先确认喷嘴是否干净、完好且尺寸合适?喷嘴高度是否恒定准确?保护镜是否干净?
2.聚焦测试:做焦点位置测试,找到当前材料厚度的最佳焦点。
3.参数优化(核心):
尝试在拐角区域降低功率(使用功率补偿功能或手动编程)。
尝试略微提高拐角处的切割速度或减小降速幅度。
显著增加辅助气体压力(注意安全,避免压力过高损坏管路或喷嘴)。
4.路径/设计优化:如果设计允许,添加微小圆角是最有效的解决方案之一。
5.气体检查:确认使用的是合适类型和足够纯度的气体(特别是氮气纯度要求高)。
6.设备维护检查:如果以上都无效,检查运动系统精度、同轴度等设备状态。
总而言之,尖角/拐角毛刺通常是多种因素共同作用的结果,需要系统性地排查和优化。优先从工艺参数(功率补偿、速度、气压)、喷嘴状态/高度、以及添加微小圆角这几方面入手,往往能取得显著效果。如果问题持续,再考虑设备维护和材料因素。每次调整后试切一小块,观察效果,逐步逼近最佳参数组合。