來自：可 金屬加工 江蘇激光聯盟陳長 ** 載

  編者按

  管材是日常生活中不可或缺的部件，如何提高其加工質量和效率是制造業面臨的一個重要問題。近年來，激光切割管材成為了機加領域的熱門技術，不少知名企業不斷推出相關產品和解決方案。為什么激光切管如此受到重視？它在管材加工中占有什么地位？今天我們就來聊聊有關激光切管的那些事。

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  為什么選擇激光切管？

  除了激光切割，管材加工的傳統切割方法還有手工切割、滾輪擠壓、鋸床切割、砂輪切割、氣焊切割等。然而，比起這些方法，激光切割在加工質量和效率、節省人力、減少毛刺等方面都具有顯著優勢。專業的激光切管機對單根管材的加工自動化程度更高，可以看看下面的視頻了解一下。

  視頻資料，建議WiFi觀看

  視頻中正在進行加工工作的就是激光切管機。我們可以看到，激光切管機是由數控系統控制，以管材軸向運動作為X軸、管材旋轉作為A/B軸、切割頭水平移動作為Y軸，切割頭為Z軸。加工需求有改變時，只需調整編程即可。如果搭載自動上下料系統，就能讓原本復雜的加工過程一步到位。

  使用激光切割管材的優勢在于，第一，切邊的熱效應很小，工件幾乎不會產生變形；第二，它是一種無接觸加工方式，不會對工件施加壓力，也就不會造成變形或磨損的問題；第三，激光束可控，適應性和靈活性更高；第四，切割效率可提高8~20倍，同時節省15%~30%的材料損耗。

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  CO2激光 vs 光纖激光

  CO2激光和光纖激光是切割領域中最常用的兩種激光。CO2激光的工作原理是CO2氣體在高頻高壓下受到激發產生激光，經過諧振腔中的偏振鏡后反射聚焦進行切割。

  

  CO2激光原理圖

  1.激光發生器 2.驅動單元反射鏡 3.光路

  4、5、6.角度反射鏡 7.聚焦透鏡

  除了銅材料由于反射性高，會使激光全部反射回激光器之外，CO2激光可以切割絕大部分金屬材料，還可以切割半導體、非金屬材料等。然而，這種技術會受到反射鏡距離范圍限制，而且反射鏡需要維護和校準。由于CO2的氣體純度問題，諧振腔也需要定期清理。對于一個數千瓦級二氧化碳系統來說，這些工作每年至少花費2萬美元。在這種情況下，光纖激光就有了用武之地。

  光纖激光的激光源是多模泵浦二極管，通過分支在諧振腔調整后耦合進單根光纖形成激光。

  

  光纖激光原理圖

  1.激光源 2.諧振腔 3.冷卻系統 4.光路

  與CO2激光相比，光纖激光沒有范圍限制，可以加工銅材料，維護成本更低，最重要的是可以在光電轉換效率達到25%以上的同時大大提高切割速度（一般CO2激光的光電轉換效率為10%左右）。

  光纖激光的局限性在于基本不能切割非金屬材料，另外，光纖激光的穿孔時間比CO2激光長，對于切割較厚的材料沒有優勢。雖然近年來光纖激光發展迅猛，但依然無法完全取代CO2激光技術。

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  激光切管是完美技術嗎？

  當然不是。管材切割時，尤其是小直徑方管，熔渣會附著在管內壁，產生的大部分熱量被工件吸收。如果切割密度較大，管材有可能過熱，出現過燒現象，影響切口質量。除此之外，割縫熱場復雜、冷卻困難、切割熔渣易堵塞等也是需要深入研究的問題。

  

  對于管材加工領域的熱門產品激光切管機，這項技術在十幾年前還一直掌握在國外企業手中。我國高效專業的激光切管設備從2008年之后才開始正式成長起來，但發展速度十分可觀。除了德國通快、意大利BLM等外國企業，大族激光、宏山激光等國內激光制造商已經具備了替代我國市場中進口產品的能力，并廣泛出口到國際市場。

  從這些代表企業推出的產品可以看出，目前針對激光切管機的研究和改進重點包括以下幾點：

  1.應用多樣性

  在實際應用中，管材常常有不同的壁厚和截面形狀，這兩點對設備夾具的夾持效果提出了很高要求。夾持力太小，管材會發生竄動，產生加工偏差；夾持力太大，會導致管材變形。目前的激光切管機已經可以做到加工標準管材時，根據材質壁厚自適應快速調節夾緊力。也有利用傳感器監控，使自定心卡盤能夠適應任何管材幾何形狀的技術。

  

  （通快官網）

  2.輔助支撐結構設計

  在高速切割過程中，管材會因為自重而下垂，由于固定卡盤的滾筒處管材下垂曲率的變化，工件的理論長度也會改變，影響到后續折彎或孔位加工等步驟的準確性，因此需要加強對管材的支撐。可以通過伺服機構控制支撐面移動或自動調整位置的滾輪實現管材與支撐面的有效貼合。

  

  （通快官網）

  3.自動上下料系統

  雖然大部分激光切管機已經實現了上下料自動化，但依然會出現效率低、管材表面易劃傷等問題。以大族激光P6018D為例，針對這些問題采用尼龍面上滑動式上料方式，限位推動分管，以及浮動式支撐的下料系統，將小轉軸鑲嵌在支撐板中，減少工件間刮擦。

  

  總而言之，管材激光切割的前景可以說是一片光明的，未來還將向高精度、高自動化、柔性化、功能多樣化的方向發展。不斷進行實踐，完善其工藝系統，對整個激光切割行業的發展都具有重要研究意義與價值。

  參考資料：

  [1]鈑金與制作：《管材激光切割的研究》，作者：林峰

  [2]湖南大學：《激光切管機切割精度與切割質量影響因素的研究》，作者：夏小川

  [3]金屬加工（熱加工）：《CO2激光與光纖激光切割工藝及成本分析》，作者：曲志遠等

  [4]焊接切割聯盟：《激光切割：光纖VS二氧化碳，哪種更適合你》，來源：迅鐳激光

  [5]激光制造網：《金屬激光加工之管材切割》，作者：Steven

  [6]世界制造技術與裝備市場：《大族激光P6018D全自動激光切管機的研發與應用》，作者：大族激光

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