钣金工艺中激光加工数控技术的应用

　　剪板、冲裁、折弯都是传统的钣金工艺方法，使用这些方法加工时都离不开模具，往往在一个产品的生产过程中需要配备的模具有几十套上百套。大量使用模具，不仅增加了产品的时间成本和资金成本，而且模具本身的回弹效应，还会降低产品加工的精确度，影响产品的重复性，还不利于生产工艺的变更，不利于生产效率的提高。随着市场竞争压力的增大，传统钣金工艺已不能够满足市场的需求，急需一种新型的加工方法来改变这种局面。激光加工数控技术是一种全新的无模具加工技术，将激光加工数控技术应用到钣金工艺中，能够节省大量模具，缩短生产时间，减少生产成本，增加产品的精确度，是适应市场发展需要的新型工艺技术。

1 激光加工数控技术的特点

　　激光是一种相干光源，具有单色性、平行性和相干性的特点，能量密度高，方向性好。激光束聚焦在被加工材料表面的某一点时，激光的光能会瞬间转化为热能，产生上万摄氏度的高温，再坚硬的材料都会在瞬间达到熔点温度迅速熔化，温度再继续升高达到沸点，材料发生汽化，使得被切除的地方形成了一个小孔洞，被切除的余料在汽化过程中被蒸发掉，没有残余。激光加工材料的过程实际上是待加工材料局部因温度急剧迅速升高持续发生液化和汽化现象的过程。

　　激光加工数控技术可以实现传统的钣金加工方法难以完成的零件加工。当要在一个箱体较大的钢件上钻许多大小不一的孔时，传统钣金工艺方法无法做到，但激光加工数控技术就能够轻松完成。而且，在连续加工同样的零件时，激光加工数控技术比传统工艺技术的准确度更高，速度更快，市场竞争力更强。

　　在二维平面中，激光加工更有柔性。例如在使用激光切割机切割时，工件是固定的，切割机的割头是可移动的，这样不仅可以避免加工出现死角，提高加工材料的利用率，还能够简化加工设备。激光加工设备不是靠控制零件、设置模具或改变加工路线来进行加工的，而是由计算机系统整体控制来完成的，因此，激光加工工艺中不存在刀具的磨损、变形等问题，过程可以能够通过数控来完成，而且完成精度高，质量好。

2 钣金工艺中的激光加工数控技术

　　2.1 激光切割技术

　　近年来，激光切割技术的应用十分广泛，据相关技术研究分析表明，激光切割技术占激光加工数控技术的近70%。激光切割机主要由激光器、机床主体和控制系统三大部分组成，常用于激光切割的有CO2激光器和YAG激光器，其特点是切割精度高。根据切割要求不同，激光光源的功率从5w到90KW不等，切割钣金工件所采用的激光光源功率一般是在100W到1500W之间。当切口宽度要求在0.15mm至0.2mm之间时，激光光源的输出功率应该小于1500W，此时激光光源的振荡模式为单模振荡，切割面也会相对比较平整；当切口宽度在Imm左右时，激光光源的输出功率应选择大于1500KW，此时激光光源的振荡模式为多模振荡，切割面会留下少许污物。当在使用激光技术切割厚板时，则需要采用空气、氧气、氮气等辅助气体来配合完成，氮气是一种惰性气体，用它来辅助切割，能够有效避免切面发生氧化；在对厚度较大的板进行切割的时候，使用氧气作为辅助气体，能够加快切割的速度。

　　激光切割工艺中可使用CAD技术结合CAM技术来提供加工工件所需要的工艺参数和加工信息，高效、连续地完成自动化切割和生产。激光切割不需要大量更换模具，工艺参数变更简单，可广泛应用于各种高硬度、高熔点、硬质、脆性、粘性、柔性材料及薄壁管件的切割，而且还具有切缝窄、速度快、热变形小、切口平整的优良特性。

　　2.2 激光打孔技术

　　激光打孔技术是最早大规模运用到实际生产中的激光加工数控技术。和电子束打孔、超声波打孔、电化学打孔、射流打孔、电火花打孔、机械打孔等方法相比，激光打孔技术明显表现出了通用性强、效率高、成本低、效果好的优良特性，孔的平均精度为±0.02mm，表面粗糙度Ra约为1.6μm，若是采用数控激光打孔，孔的精度能够达到5μm，精确度极好。

　　在钣金工艺中，激光打孔所采用的激光是功率密度为104至105KW/cm2的脉冲激光，作用时间只有0.01至1μs，能够加工出直径为1μm的小孔。激光打孔技术不仅能够精准地打出与表面成各种不同角度的孔，而且对薄壁材料、复合材料、脆性材料、粘性材料等各种不同性质材料的工件都能够打深小孔和微小孔。

　　在用激光技术对钣金工件打孔时，孔直径的大小主要取决于激光聚焦光斑的大小，通常可以通过激光的功率密度和钣金工件的热系数计算得到固体激光打孔的最大孔深。不是所有的工件都适合采用激光打孔。对于那些激光反射能力强、导热性能好、熔点高蒸汽压力低的工件，采用激光打孔效率很低；激光打孔的孔径一般都在1μm至1.524mm之间，当孔径大于1.524mm时，应该采用激光套料法打孔；在加工大孔和台阶孔时，不能采用激光打孔。