激光穿孔方法与流程

本发明涉及钣金制作的激光切割，尤其涉及到能快速稳定切割小孔的穿孔方法。

背景技术：

现有常规的激光穿孔方法，对于8mm板厚的碳钢，目前穿孔工艺保证穿孔时间0.5秒内且稳定切割最小孔径为8mm；对于10mm板厚的碳钢，目前穿孔工艺保证穿孔时间0.5秒内且稳定切割最小孔径为12mm；对于12mm板厚的碳钢，目前穿孔工艺保证穿孔时间0.5秒内且稳定切割最小孔径为14mm。这种穿孔方法，对于小孔加工而言，存在效率低的问题。例如：12mm板厚的碳钢，如果想要稳定切割5mm直径的小孔或缝，穿刺时间正常是7-10秒。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种激光穿孔方法，提高穿孔效率，并提高切割能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光穿孔方法，分步骤一和步骤二两步完成，步骤一完成瞬间切换到步骤二，步骤一用于穿透待加工的板材的一设定厚度，剩余厚度的待加工的板材的穿透由步骤二完成；两个步骤均选用频率高于设定频率、占空比低于设定占空比的激光束进行穿孔，且步骤二的频率低于步骤一的频率；两个步骤的穿孔高度均大于设定高度，且步骤二的穿孔高度小于步骤一的穿孔高度；以及冲孔气压低于设定气压。

其中，所述的设定频率为100HZ，所述的设定占空比为60％；其中，步骤一的激光束的频率选用范围为500-20000HZ，占空比选用范围为5％-60％；步骤二的激光束的频率选用范围为100-1000HZ，占空比选用范围为5％-40％。

其中，步骤一的激光束的频率选用5000HZ，占空比选用30％；步骤二的激光束的频率选用400HZ，占空比选用30％。

其中，所述设定高度为5mm；两个步骤的穿孔高度选用范围均为5-10mm。

其中，步骤一的穿孔高度为8mm；步骤二的穿孔高度为7mm。

其中，所述的设定气压为1.5bar，两个步骤的冲孔气压选用范围均为0.5-1.0bar。

其中，在步骤一切换到步骤二的瞬间，关激光并且保持吹气，形成一个待加工的板材的瞬间冷却过程。

其中，该设定厚度为2/5。

其中，采用自动调焦的切割头，来控制激光束的焦点到待加工的板材的位置。

其中，在12mm以内板厚的碳钢上，穿孔后稳定切割直径0.2-0.3倍板厚的孔。

本发明的有益效果在于，通过巧妙地分两步完成，步骤一完成瞬间切换到步骤二，步骤一用于穿透待加工的板材的一设定厚度，剩余厚度的待加工的板材的穿透由步骤二完成；两个步骤均选用高频率、低占空比的激光束进行穿孔，且步骤二的频率低于步骤一的频率；两个步骤的穿孔高度均大于设定高度，且步骤二的穿孔高度低于步骤一的穿孔高度；以及选用较低的冲孔气压，能够提高穿孔效率，并提高切割能力。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1a和图1b分别是本发明激光穿孔方法步骤一、二的参数配置示意；

图2a、图2b和图2c是现有方法与本发明方法的穿孔效果比较，其中图2a为现有方法，图2b和图2c为本发明方法；

图3是采用本发明方法连续切割小孔的效果示意；

图4是采用本发明方法连续切割缝的效果示意。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

本发明提出一种激光穿孔方法，采用自动调焦的切割头，控制激光焦点到板材的位置，并利用高频率的激光把熔渣变为细小的颗粒排出来。

参见图1a和图1b，图1a和图1b分别是本发明激光穿孔方法步骤一、二的参数配置示意。本发明方法分两步完成，在步骤一完成的瞬间切换到步骤二，步骤一用于穿透待加工的板材B的一设定厚度，剩余厚度的待加工的板材B的穿透由步骤二完成。

步骤一的参数配置有：1、激光束Q1选用高频率、低占空比的激光束。具体而言，激光束Q1的频率选用范围为500-20000HZ，占空比选用范围为5％-60％。在本实施例中，激光束Q1的频率选用5000HZ，占空比选用30％。2、穿孔高度H1(即激光束Q1的焦点与板材B之间的距离)在5mm以上；具体而言，穿孔高度H1的选用范围为5-10mm(保证镜片无污染及气压温和)。在本实施例中，穿孔高度H1选用8mm。3、穿孔气压S1的选用范围为0.5-1.5bar。具体而言，穿孔气压S1选用1.0bar以内。在本实施例中，穿孔气压S1选用0.8bar。其中，穿孔排出的细小颗粒状的熔融物R1，由于穿孔高度高、频率也高并且气压小，所以排出的熔融物细，而且温度低，不易粘在穿孔位置的旁边，从而不会影响到切割。

步骤二的参数配置有：1、激光束Q2选用较高频率、低占空比的激光束。具体而言，激光束Q2的频率选用范围为100-1000HZ，占空比选用范围为5％-40％。在本实施例中，激光束Q2的频率选用400HZ，占空比选用30％。2、穿孔高度H2(即激光束Q2的焦点与板材B之间的距离)在5mm以上。穿孔高度H2小于穿孔高度H1。具体而言，穿孔高度H2选用范围为5-10mm(保证镜片无污染及气压温和)。在本实施例中，穿孔高度H2选用7mm。3、穿孔气压S2的选用范围为0.5-1.5bar。穿孔气压S2选用1.0bar以内。在本实施例中，穿孔气压S2为0.8bar。其中，穿孔排出的细小颗粒状的熔融物R2，由于穿孔高度高、频率也高并且气压小，所以排出的熔融物细，而且温度低，不易粘在穿孔位置的旁边，从而不会影响切割。

值得一提的是，上述步骤一大致穿透到板材B的2/5厚度的位置，剩余的3/5厚度的板材B的穿透由步骤二完成。另外，在实现步骤一与步骤二切换时，存在一个关激光的瞬间过渡阶段，也即：在这个瞬间过渡阶段，激光束Q1和激光束Q2均不存在，这时，保持吹气(也即穿孔气压S1/穿孔气压S2存在)。如此，可以对板材B进行瞬间冷却，确保得到更好的切割效果。

可以理解的是，如果只采用步骤一，由于激光能量的供给比较大，可能出现爆孔现象；如果只采用步骤二，则由于激光能量的供给偏小，穿透板材B所需时间长、效果差。本发明通过巧妙地将步骤一和步骤二有机结合到一起，既能够确保加工质量，又能够提高皆共效率。

采用本发明方法可以大大提高加工效率，以及切割能力。具体而言，对于8mm板厚的碳钢，本发明方法保证穿孔时间0.5秒内且稳定切割最小孔径为2.5mm；对于10mm板厚的碳钢，本发明方法保证穿孔时间0.5秒内且稳定切割最小孔径为2.5mm；对于12mm板厚的碳钢，本发明方法保证穿孔时间0.5秒内且稳定切割最小孔径为2.5mm。对于12mm以内板厚的碳钢，穿孔时间不超过1秒。快速稳定切割最小孔径(直径0.2-0.3倍板厚的孔)提升2-3倍以上。

参见图2a、图2b和图2c，图2a、图2b和图2c是现有方法与本发明方法的穿孔效果比较，其中图2a为现有方法，图2b和图2c为本发明方法。其中，图2a示出了现有方法在12mm板厚的碳钢穿孔的效果，其熔渣分布范围与图2b中的1角硬币的大小基本相当。图2b并示出了本发明方法在12mm板厚的碳钢穿直径为2.5mm的孔的效果。图2c示出了本发明方法在12mm板厚的碳钢穿直径为2.5mm的孔的熔渣分布情形。

参见图3，图3是采用本发明方法连续切割小孔的效果示意。本发明方法应用在10mm板厚的碳钢，连续切割直径为5mm的穿孔1000个以上，未出现不良情况。

参见图4，图4是采用本发明方法连续切割缝的效果示意。本发明方法可以应用到特殊行业，例如：保险柜的10mm板厚的碳钢，切割宽度为0.8mm的缝。

本发明的有益效果在于，通过巧妙地分两步完成，步骤一完成瞬间切换到步骤二，步骤一用于穿透待加工的板材B的一设定厚度，剩余厚度的待加工的板材B的穿透由步骤二完成；两个步骤均选用高频率、低占空比的激光束Q1、Q2进行穿孔，且步骤二的频率低于步骤一的频率；穿孔高度H1/H2大于设定高度，且步骤二的穿孔高度H2低于步骤一的穿孔高度H1；以及选用较低的冲孔气压S1、S2，能够提高穿孔效率，并提高切割能力。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。