引言
激光切割原理是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，并借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开[2]。激光切割属于热切割方法之一，其工作原理如图1所示，在激光切割过程中极薄金属材料和非金属材料（如纸、布、木材和塑料等）的切割常采用激光汽化切割；不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及相关合金等主要采用激光熔化切割；碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料多采用激光氧气切割。目前金属加工市场上，光纤激光切割机以其高转化率，切割过程便捷环保，维护使用成本低的优良性能逐渐取代CO2激光切割机和传统的加工手段，成为钣金加工中的主流设备。
图1
1激光切割的功率及光束聚焦特性
1.1激光输出功率直接影响激光切割机的性能。通常，随板厚的增加，所需的激光功率也越大。在同种同厚度板材切割中，激光输出功率越大，切割速度越快，切割端面也越光滑；但在输出功率确定后，切割速度须和材料材质及其厚度吻合好，此时才能达到最好的切割效果，速度过快和过慢都会影响激光切割的效果。
1.2光束聚焦特性：激光切割中，焦点大小和焦深是影响切割效果和效率的重要因素之一。光束经短焦距聚焦镜后光斑直径相对较小、焦深短，焦点处功率密度高，利于高速切割薄型材料且精度高。经长焦距透镜后，焦点有较长的焦深，但光斑直径相对较大，只要有足够功率密度，则比较适合切割厚工件。切割薄板时，焦点一般在工件表面；切割厚板、不锈钢时，焦点通常深入板内约为板厚的1/3—1/4处，处于负离焦距范围；切割碳钢时，焦点在板面上方，且随板厚度的增加焦点越远离板面，处于正离焦范围。
2传统钣金加工的劣势
(1)传统钣金下料多采用剪床下料，只能用于直线剪切不能实现复杂形状的切割。(2)传统钣金制孔多使用冲床、钻床、数控砖塔冲，所需要模具多，定位精度差，安全风险较高，易产生碎屑，需多次搬运易对表面造成划痕。(3)传统等离子及火焰切割，速度慢、热变形大，变形后不能正常切断、易挂渣等，精度低，易出现质量问题[5]。
3激光切割的优势
激光切割技术在钣金加工中具有极强的应用优势：(1)可以合并多道加工工序（钻孔、刻角等）缩短加工周期；(2)提高工作效率，节约人力，降低劳动强度；(3)采用自动排版软件可以充分利用材料；(4)减少搬运次数，减低划痕出现；(5)加工的通用性高，只需要调整切割参数即可加工不同材质、各类复杂形状的零件。有效提高产品加工质量及加工能力，对钣金加工产生质的飞跃[3]。
4钣金工艺激光切割工艺参数及路径优化
4.1钣金工艺激光切割的工艺参数优化
激光切割如果工艺参数或设备辅料耗材选择不正确，将会出现质量问题，如切割断面不良，毛刺挂渣，精度出现偏差等。
辅助气体选择，辅助气体在吹走割缝内熔渣同时冷却加工物体表面和防止聚焦透镜过热，减少热变形，防止烟尘进入透镜座内污染镜片。一般情况下，根据不同的材质常使用的辅助气体有氧气、氮气、空气等，对气流的要求是：进入切口的气流量大、速度高，以便有足够的动量将熔渣喷出。辅助气体纯度越高，切割的质量越好[2]。激光切割过程中，若压力不足，工件切割面处会产生熔渍，粗糙度增大且切割速度无法提升，影响零件的切割效果；若气压偏大，气流过猛，也会造成切割断面粗糙度大，切割缝变宽，切割精度低，影响切割质量。通常，随着所切板材厚度的增加，所需辅助气体的气压逐渐增大。
喷嘴的大小及种类等对切割质量和穿孔质量同样有重要的影响，其不仅可防止熔渍杂物往上反弹污染聚焦镜，还具有控制辅助气体扩散面积及大小等作用。一般来说，喷嘴孔径大小随切割板材厚度的增加而增大；小孔径喷嘴可提高切割精度，大孔径喷嘴则有利于切割较厚板材；通常不锈钢、铝合金等切割采用单层喷嘴，碳钢、结构钢等切割采用复合喷嘴。
在激光切割中，首先要针对不同材料实现光源对焦，选择好气体、气压、喷嘴、切割速度，等基本参数完成确定后，将零件排入特定板材中，然后通过专业软件进行排版。
4.2切割工艺路径及排版的优化
切割路径优化问题其实就是零件轮廓线段的切割顺序选择问题。该问题是一个典型的多项式复杂程度的非确定性组合优化问题，大多数采用遗传算法、萤火虫算法、蚁群算法等算法来解决。该问题具有离散组合性和典型的复杂性的特点，恰巧蚁群算法的核心思想是：（1）信息激素更新机制，信息激素在路径越短时增加越快；（2）协作机制，通过信息激素搭建个体之间沟通桥梁；（3）选择机制，被选中的概率随信息激素增多加大。其具有启发式搜索、全局优化等优点。切割路径优化顺序选择的问题可描述为蚂蚁在移动过程中的N级线段选择问题，基于交叉切割的零件切割约束规则和零件轮廓线段离散化处理方法，进一步扩展了搜索空间，增加了产生最优路径的可能[6]。
在实际切割过程中还应该注意排版对于板材的利用率，一般采取大小均有，以大套小的排版原则，易于增加板材利用率，在路径选择中避免重复路径的出现。针对小板件要在周边增加微连接的方式（0.5mm-1mm断点）避免切割后因板材变形或下落翘起，阻挡切割枪头的运行或造成设备损坏。因为激光切割台面以横向栅格为主，切割时要以纵向排版为主，以免零件支撑不够下落翘边造成精度上的误差。为了节省材料及降低切割时间有时会采用共边的切割方式，因为有热变形的影响，此方式仅适用于粗加工或对于精度要求不高的零件。
5结束语
光纤激光切割在近几年已经普遍应用于我国加工制造行业，尤其是钣金加工行业，因其高速切割，不受模具及材料的影响，对于复杂形状的钣金件具有精度高，切割方便，效率高等特点深受市场欢迎。随着市场的不断发展，激光切割应用领域将更加广泛及普遍，并随着中国工业4.0及物联网的不断推进，激光切割也将向着自动化，智能化迈进，成为钣金加工行业不可或缺的技术。
参考文献
[1] 董锋,陆雅娟.激光切割工艺及设备[J].CAD/CAM与制造业信息化,2003,0(4);84-86
[2] 陈家璧，彭润玲，等.激光原理及应用[M].电子工业出版社,2008;174
[3]胡冰，瑞峰.钣金数控加工工艺应用优化策略探讨[J].科学技术创新，2018,0(32);183-184
[4]许娜,乔隽.钣金加工工艺难点及改进措施研究[J].军民两用技术与产品,2018,0(16):115-115
[5]姜秀丽，韩增颂.《现代制造技术与装备》[J].激光切割在钣金加工行业的应用与展望.2020,0(3);104-106
[6]李丽，武照云，鱼鹏飞，程洋洋；《锻压技术》[J]一种钣金件数控激光切割路径的优化改进方法，2020,45(10);42-46
