如何选择最适合的金属切割工艺？

　　在金属加工应用领域中，用户经常面临如何选择最适合的金属切割工艺的问题。实际上，现在主流的这几种金属切割工艺，在切割厚度、切割精度、冶金性能、生产效率等方面都各有特点。

　　设备购置费用：以上几种切割方式都需要配备不同的数控CNC、除尘设备、CAD/CAM软件等。例如，相比水刀和火焰较慢的切割速度，激光在薄板上就要求更高的速度和精度。这些要求会直接导致设备成本的巨大差异。

　　单位零件或单位长度的切割成本：这项成本包括气体、喷嘴、电极、电和水等。某些情况下还分摊了设备购置费用和人工成本（例如上下料）。所以在进行对比时一定要注意其范围。相对于单位时间成本，单位零件或单位长度成本涵盖了切割速度和生产效率，更具有实际的参考价值。

　　易用性：这项需求主要在于软件（特别是CAM）和CNC数控。现在通过将专业经验内置集成而缩短学习时间和减少对经验的依赖。比如等离子切割领域的领导者——海宝，它将海宝等离子的全套工艺参数直接内置在海宝自己的套料软件和CNC数控里，新用户能快速掌握，保持了和专业老手一致的切割品质和生产效率。这项需求虽然很难量化，但对于实际生产绝对不容忽视。

　　生产率：也叫产能。切割速度往往是产能的决定因素。

　　切割件精度：对金属制件精度的测量有很多方式。通常相对于内孔，对外轮廓的公差要求更低。所以现在很多金属切割供应者都推出了切割质量更高的内孔工艺，例如海宝的集成螺栓孔切割工艺。另外，用户通常在测量中只测量上表面，但实际上因为切割斜度的影响，底面的尺寸会有很大的差异。本文为简单起见，建议使用针对于上表面测量的正负公差值，再考虑每种工艺的切割斜度。

　　边缘质量、冶金性能：上面的所有工艺对金属切削性、成形性能和焊接性都有不同的影响。

　　维护要求：长期的使用成本里需要考虑这些不同工艺的维护保养以及维护的难

　　易。

　　下面是对这些不同工艺的简要说明，包括火焰切割、精细等离子、3kW的光纤激光和水刀。为了对比，采用完整系统的设备购置费用，包括5‘× 10’（约1.5 m× 3m）切割区域，一台工业数控机床（既不是入门级也不是最高配置），CAD/CAM软件。

　　1、火焰切割

　　火焰切割工艺是所有切割技术中最简单的。其原理是先用可燃气体加热钢铁到“燃点”温度（约1800℉），一旦通过预热达到这个温度，再喷射纯氧与炽热的钢铁产生放热反应，迅速侵蚀掉钢铁。火焰切割只能切碳钢，多用在1/4″（约6.35mm）到 6″（约150mm） 的厚度。切割速度在超过2″（约50mm）厚度时比其他工艺快。在一台数控机床上同时安装多把火焰割炬很容易，而且便宜，这样能使产能翻倍。

　　5‘× 10’火焰切割床成本：8～18万元人民币 （速度低的相对简单型机床）。

　　单位零件或单位长度的切割成本：用气相当多，切割速度慢。钢板厚度越厚，相对于等离子，其切割成本越有优势。通常每英尺切割成本比等离子高，超过2“ （约50mm）厚度时，成本相对较低。

　　易用性：火焰数控切割床要求操作员很有经验，才能达到最快的切割速度和最好的切割质量。通常还需要一直监视切割的过程。

　　生产率：火焰切割由于预热时间长，切割速度慢，所以生产效率很低。

　　切割件精度：好的操作工在最合适的速度、高度、气体、喷嘴情况下，切割件尺寸公差大概是正负0. 030” （约0.76mm），斜度小于1°。

　　边缘质量、冶金性能：火焰切割的热影响区很大，断面粗糙并且有挂渣。

　　维护要求：火焰切割床的维护比较简单，用户自己就能掌握。

　　2、精细等离子切割

　　精细等离子切割是利用高温的电离气体产生高能量密度的切割电弧，所以能切割所有导电材料。最新的技术对操作者没有经验的要求。精细等离子最适合切割26 gauge（约0.45mm） 到2“（约50mm）厚的碳钢，以及6?”（约160mm）厚度内的不锈钢和铝。

　　5‘×10’等离子切割床成本：40～60万元人民币（速度更快，配备调高和除尘）。

　　单位零件或单位长度的切割成本：在？″（约6.35mm） 到2″（约50mm）厚的碳钢上，等离子的切割成本相对于其他工艺是最低的。

　　易用性：配备最新的数控和软件后，等离子非常易学易用。由于专业的工艺参数都已经内置在套料软件里，所以对操作者没有经验要求。

　　生产率：厚度大于？″（约6.35mm）时，切割速度快于激光切割。厚度小于2″（约50mm）时，切割速度快于火焰切割。等离子是所有切割工艺中速度最快、效率最高的。

　　切割件精度：碳钢切割件尺寸公差是正负0.015″（约0.38mm）到0.020″（约0.5mm）。对于厚度小于3/8″（约9.5mm）的薄板，斜度在2°～3°。对于厚度大于1/2″（约12.7mm）的厚板，斜度在1°以内。

　　边缘质量、冶金性能：热影响区很小，通常小于0.010″（约0.25mm）。断面可焊性好，光洁无挂渣。

　　维护要求：维护比较简单，用户自己就能掌握，或只需厂商电话支持。

　　3、光纤激光切割

　　光纤激光是目前最新的激光技术。其使用的固态激光发生器比传统的CO2激光更高效，而且光纤激光的波长适合在细软的光纤中传导，比起只能用镜面反射传导的CO2激光更具柔性、更易维护。高能的激光通过聚焦，熔化被切割材料，辅助气体（切碳钢时通常使用氧气）吹掉熔融的金属。一台3kW的光纤激光在切割能力和速度上相当于4～5kW的CO2激光。其切割能力一般能达到？″（约19mm）厚的碳钢。

　　5' × 10‘光纤激光切割床成本：200～300万元人民币（激光切割床要求运动精度更高，且需要遮光防护）。

　　单位零件或单位长度的切割成本：厚度小于？″（约6.35mm）时，激光切割成本最具优势。随着厚度的增加，切割速度显著降低，虽然切割质量和精度很好，但切割成本却高于等离子。

　　易用性：与最新的等离子系统类似，配备最新的数控和软件后，激光切割床也一样易学易用，因为所有的设置都是自动的。

　　生产率：在薄板上生产效率最高，厚度增到？″（约6.35mm）时，与等离子持平。

　　切割件精度：最好的光纤激光切割件尺寸公差大概是正负0. 01″ （约0.25mm）内。优于等离子，可与水刀媲美。斜度在1°以内。

　　边缘质量、冶金性能：热影响区比等离子略小。

　　维护要求：相比之前的CO2激光，光纤激光的维护难度大幅降低，在厂商电话支持下，用户一般可以掌握。

　　4、水刀

　　水刀技术已有数十年的历史，从蛋糕到花岗岩材质上都有广泛的应用。软的材料能用纯水切割，高压水流（40,000 到 60,000 psi）由喷嘴压缩，增加流速和能量密度。也可以在水流中加砂，砂的作用就类似于锯的齿，在水流的推动下进行切割。当前最先进的水刀泵能达到100,000 psi的高压水。更高的压力意味着更快的切割速度，当然停机维护时间也会增加，因为泵的密封需要定期更换。相对于其他切割工艺，水刀最大的两个优势在于没有热影响区和能切几乎任何材质。另外水刀的切割精度很好。但水刀最大的劣势在于其切割速度很慢。

　　5' × 10’水刀切割床成本：50～90万元人民币（由于速度慢，所以运动性能要求低，比激光床便宜，比等离子床略贵）。

　　单位零件或单位长度的切割成本：由于水刀切割速度太慢，所以单位零件的切割成本相比于其他工艺是最高的。

　　易用性：与最新的等离子系统类似，配备最新的数控和软件后，水刀切割床也一样易学易用。对操作者的经验要求很低。

　　生产率：切割碳钢和不锈钢很慢，切铝会快点。

　　切割件精度：水刀的精度是所有切割工艺中最好的，切割件尺寸公差大概是正负0. 005″（约0.13mm）内。斜度在1°以内。

　　边缘质量、冶金性能：对被切割的材料冶金性能没有影响。断面光滑，切割质量与砂砾和切割速度有关（越慢越光滑）。

　　维护要求：维护比较简单，用户自己就能掌握。

　　在美国芝加哥的FabTech展上，海宝曾在1/2″（约12.7mm）的碳钢上，同时展示了五种不同的切割工艺：空气等离子 （Powermax105）， 长寿命空气和氧气等离子 （MaxPro200）， 精细等离子 （HPR130XD）， 3kW光纤激光 （HyIntensity Fiber laser）， 水刀 （HyPrecision Waterjet）。

　　粗看，五种工艺的切割样件都差不多。但细看，就能发现空气等离子切割的样件有明显斜度，特别是小孔。氧气等离子的切割斜度减小，精细等离子切割几乎看不出斜度。

　　诚然，只在1/2″（约12.7mm）的碳钢上做对比是不公平的，在这个厚度范围，精细等离子无疑是最好的选择。但如果我们切1/8″ （约3mm）的铝，相信水刀和激光会更高效、精度更高。如果尺寸要求放宽，价格低廉的空气等离子切割应该是最好的选择。所以，先明确自己的需求和实际应用，综合考虑本文所述的各种工艺特点，相信您一定能选择到最适合的金属切割工艺和设备。