如何選擇最适合的金屬切割工藝？

　　在金屬加工應用領域中，用戶經常面臨如何選擇最适合的金屬切割工藝的問題。實際上，現在主流的這幾種金屬切割工藝，在切割厚度、切割精度、冶金性能、生産效率等方面都各有特點。

　　設備購置費用：以上幾種切割方式都需要配備不同的數控CNC、除塵設備、CAD/CAM軟件等。例如，相比水刀和火焰較慢的切割速度，激光在薄闆上就要求更高的速度和精度。這些要求會直接導緻設備成本的巨大差異。

　　單位零件或單位長度的切割成本：這項成本包括氣體、噴嘴、電極、電和水等。某些情況下還分攤了設備購置費用和人工成本（例如上下料）。所以在進行對比時一定要注意其範圍。相對于單位時間成本，單位零件或單位長度成本涵蓋了切割速度和生産效率，更具有實際的參考價值。

　　易用性：這項需求主要在于軟件（特别是CAM）和CNC數控。現在通過将專業經驗内置集成而縮短學習時間和減少對經驗的依賴。比如等離子切割領域的領導者——海寶，它将海寶等離子的全套工藝參數直接内置在海寶自己的套料軟件和CNC數控裏，新用戶能快速掌握，保持了和專業老手一緻的切割品質和生産效率。這項需求雖然很難量化，但對于實際生産絕對不容忽視。

　　生産率：也叫産能。切割速度往往是産能的決定因素。

　　切割件精度：對金屬制件精度的測量有很多方式。通常相對于内孔，對外輪廓的公差要求更低。所以現在很多金屬切割供應者都推出了切割質量更高的内孔工藝，例如海寶的集成螺栓孔切割工藝。另外，用戶通常在測量中隻測量上表面，但實際上因爲切割斜度的影響，底面的尺寸會有很大的差異。本文爲簡單起見，建議使用針對于上表面測量的正負公差值，再考慮每種工藝的切割斜度。

　　邊緣質量、冶金性能：上面的所有工藝對金屬切削性、成形性能和焊接性都有不同的影響。

　　維護要求：長期的使用成本裏需要考慮這些不同工藝的維護保養以及維護的難

　　易。

　　下面是對這些不同工藝的簡要說明，包括火焰切割、精細等離子、3kW的光纖激光和水刀。爲了對比，采用完整系統的設備購置費用，包括5‘× 10’（約1.5 m× 3m）切割區域，一台工業數控機床（既不是入門級也不是最高配置），CAD/CAM軟件。

　　1、火焰切割

　　火焰切割工藝是所有切割技術中最簡單的。其原理是先用可燃氣體加熱鋼鐵到“燃點”溫度（約1800℉），一旦通過預熱達到這個溫度，再噴射純氧與熾熱的鋼鐵産生放熱反應，迅速侵蝕掉鋼鐵。火焰切割隻能切碳鋼，多用在1/4″（約6.35mm）到 6″（約150mm） 的厚度。切割速度在超過2″（約50mm）厚度時比其他工藝快。在一台數控機床上同時安裝多把火焰割炬很容易，而且便宜，這樣能使産能翻倍。

　　5‘× 10’火焰切割床成本：8～18萬元人民币 （速度低的相對簡單型機床）。

　　單位零件或單位長度的切割成本：用氣相當多，切割速度慢。鋼闆厚度越厚，相對于等離子，其切割成本越有優勢。通常每英尺切割成本比等離子高，超過2“ （約50mm）厚度時，成本相對較低。

　　易用性：火焰數控切割床要求操作員很有經驗，才能達到最快的切割速度和最好的切割質量。通常還需要一直監視切割的過程。

　　生産率：火焰切割由于預熱時間長，切割速度慢，所以生産效率很低。

　　切割件精度：好的操作工在最合适的速度、高度、氣體、噴嘴情況下，切割件尺寸公差大概是正負0. 030” （約0.76mm），斜度小于1°。

　　邊緣質量、冶金性能：火焰切割的熱影響區很大，斷面粗糙并且有挂渣。

　　維護要求：火焰切割床的維護比較簡單，用戶自己就能掌握。

　　2、精細等離子切割

　　精細等離子切割是利用高溫的電離氣體産生高能量密度的切割電弧，所以能切割所有導電材料。最新的技術對操作者沒有經驗的要求。精細等離子最适合切割26 gauge（約0.45mm） 到2“（約50mm）厚的碳鋼，以及6?”（約160mm）厚度内的不鏽鋼和鋁。

　　5‘×10’等離子切割床成本：40～60萬元人民币（速度更快，配備調高和除塵）。

　　單位零件或單位長度的切割成本：在？″（約6.35mm） 到2″（約50mm）厚的碳鋼上，等離子的切割成本相對于其他工藝是最低的。

　　易用性：配備最新的數控和軟件後，等離子非常易學易用。由于專業的工藝參數都已經内置在套料軟件裏，所以對操作者沒有經驗要求。

　　生産率：厚度大于？″（約6.35mm）時，切割速度快于激光切割。厚度小于2″（約50mm）時，切割速度快于火焰切割。等離子是所有切割工藝中速度最快、效率最高的。

　　切割件精度：碳鋼切割件尺寸公差是正負0.015″（約0.38mm）到0.020″（約0.5mm）。對于厚度小于3/8″（約9.5mm）的薄闆，斜度在2°～3°。對于厚度大于1/2″（約12.7mm）的厚闆，斜度在1°以内。

　　邊緣質量、冶金性能：熱影響區很小，通常小于0.010″（約0.25mm）。斷面可焊性好，光潔無挂渣。

　　維護要求：維護比較簡單，用戶自己就能掌握，或隻需廠商電話支持。

　　3、光纖激光切割

　　光纖激光是目前最新的激光技術。其使用的固态激光發生器比傳統的CO2激光更高效，而且光纖激光的波長适合在細軟的光纖中傳導，比起隻能用鏡面反射傳導的CO2激光更具柔性、更易維護。高能的激光通過聚焦，熔化被切割材料，輔助氣體（切碳鋼時通常使用氧氣）吹掉熔融的金屬。一台3kW的光纖激光在切割能力和速度上相當于4～5kW的CO2激光。其切割能力一般能達到？″（約19mm）厚的碳鋼。

　　5' × 10‘光纖激光切割床成本：200～300萬元人民币（激光切割床要求運動精度更高，且需要遮光防護）。

　　單位零件或單位長度的切割成本：厚度小于？″（約6.35mm）時，激光切割成本最具優勢。随着厚度的增加，切割速度顯著降低，雖然切割質量和精度很好，但切割成本卻高于等離子。

　　易用性：與最新的等離子系統類似，配備最新的數控和軟件後，激光切割床也一樣易學易用，因爲所有的設置都是自動的。

　　生産率：在薄闆上生産效率最高，厚度增到？″（約6.35mm）時，與等離子持平。

　　切割件精度：最好的光纖激光切割件尺寸公差大概是正負0. 01″ （約0.25mm）内。優于等離子，可與水刀媲美。斜度在1°以内。

　　邊緣質量、冶金性能：熱影響區比等離子略小。

　　維護要求：相比之前的CO2激光，光纖激光的維護難度大幅降低，在廠商電話支持下，用戶一般可以掌握。

　　4、水刀

　　水刀技術已有數十年的曆史，從蛋糕到花崗岩材質上都有廣泛的應用。軟的材料能用純水切割，高壓水流（40,000 到 60,000 psi）由噴嘴壓縮，增加流速和能量密度。也可以在水流中加砂，砂的作用就類似于鋸的齒，在水流的推動下進行切割。當前最先進的水刀泵能達到100,000 psi的高壓水。更高的壓力意味着更快的切割速度，當然停機維護時間也會增加，因爲泵的密封需要定期更換。相對于其他切割工藝，水刀最大的兩個優勢在于沒有熱影響區和能切幾乎任何材質。另外水刀的切割精度很好。但水刀最大的劣勢在于其切割速度很慢。

　　5' × 10’水刀切割床成本：50～90萬元人民币（由于速度慢，所以運動性能要求低，比激光床便宜，比等離子床略貴）。

　　單位零件或單位長度的切割成本：由于水刀切割速度太慢，所以單位零件的切割成本相比于其他工藝是最高的。

　　易用性：與最新的等離子系統類似，配備最新的數控和軟件後，水刀切割床也一樣易學易用。對操作者的經驗要求很低。

　　生産率：切割碳鋼和不鏽鋼很慢，切鋁會快點。

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

　　邊緣質量、冶金性能：對被切割的材料冶金性能沒有影響。斷面光滑，切割質量與砂礫和切割速度有關（越慢越光滑）。

　　維護要求：維護比較簡單，用戶自己就能掌握。

　　在美國芝加哥的FabTech展上，海寶曾在1/2″（約12.7mm）的碳鋼上，同時展示了五種不同的切割工藝：空氣等離子 （Powermax105）， 長壽命空氣和氧氣等離子 （MaxPro200）， 精細等離子 （HPR130XD）， 3kW光纖激光 （HyIntensity Fiber laser）， 水刀 （HyPrecision Waterjet）。

　　粗看，五種工藝的切割樣件都差不多。但細看，就能發現空氣等離子切割的樣件有明顯斜度，特别是小孔。氧氣等離子的切割斜度減小，精細等離子切割幾乎看不出斜度。

　　誠然，隻在1/2″（約12.7mm）的碳鋼上做對比是不公平的，在這個厚度範圍，精細等離子無疑是最好的選擇。但如果我們切1/8″ （約3mm）的鋁，相信水刀和激光會更高效、精度更高。如果尺寸要求放寬，價格低廉的空氣等離子切割應該是最好的選擇。所以，先明确自己的需求和實際應用，綜合考慮本文所述的各種工藝特點，相信您一定能選擇到最适合的金屬切割工藝和設備。