在金屬加工應(yīng)用領(lǐng)域中，用戶(hù)經(jīng)常面臨如何選擇最適合的金屬切割工藝的問(wèn)題。 實(shí)際上，現(xiàn)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，生產(chǎn)效率等方面都各有特點(diǎn)。
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(fù)0. 005” (約0.13mm)內(nèi)。斜度在1度以?xún)?nèi)。
本文也不能窮盡以上所有特點(diǎn)細(xì)節(jié)，只能做些概述總結(jié)，希望能給您帶來(lái)更好的認(rèn)識(shí)。
在我們討論每種工藝的技術(shù)和能力之前，我們必須先明確對(duì)于金屬加工行業(yè)的用戶(hù)，哪些需求是最重要的：
設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用：以上幾種切割方式都需要配備不同的數(shù)控CNC，除塵設(shè)備，CAD/CAM軟件等。例如，相比水刀和火焰較慢的切割速度，激光在薄板上就要求更高的速度和精度。這些要求會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)備成本的巨大差異。
單位零件或單位長(zhǎng)度的切割成本：這項(xiàng)成本包括氣體、噴嘴、電極、電和水等。某些情況下還分?jǐn)偭嗽O(shè)備購(gòu)置費(fèi)用和人工成本(例如上下料)。所以在進(jìn)行對(duì)比時(shí)一定要注意其范圍。相對(duì)于單位時(shí)間成本，單位零件或單位長(zhǎng)度成本涵蓋了切割速度和生產(chǎn)效率，更具有實(shí)際的參考價(jià)值。
易用性：這項(xiàng)需求主要在于軟件(特別是CAM)和CNC數(shù)控?，F(xiàn)在通過(guò)將專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)內(nèi)置集成而縮短學(xué)習(xí)時(shí)間和減少對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)。比如激光切割機(jī)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者--高能，它將高能激光的全套工藝參數(shù)直接內(nèi)置在高能自己的套料軟件和CNC數(shù)控里，新用戶(hù)能快速掌握，保持了和專(zhuān)業(yè)老手一致的切割品質(zhì)和生產(chǎn)效率。這項(xiàng)需求雖然很難量化，但對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)絕對(duì)不容忽視。
生產(chǎn)率：也叫產(chǎn)能。切割速度往往是產(chǎn)能的決定因素。
切割件精度：對(duì)金屬制件精度的測(cè)量有很多方式。通常相對(duì)于內(nèi)孔，對(duì)外輪廓的公差要求更低。所以現(xiàn)在很多金屬切割供應(yīng)者都推出了切割質(zhì)量更高的內(nèi)孔工藝，例如海寶的集成螺栓孔切割工藝。另外，用戶(hù)通常在測(cè)量中只測(cè)量上表面，但實(shí)際上因?yàn)榍懈钚倍鹊挠绊?，底面的尺寸?huì)有很大的差異。本文為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，建議使用針對(duì)于上表面測(cè)量的正負(fù)公差值，再考慮每種工藝的切割斜度。
邊緣質(zhì)量、冶金性能：上面的所有工藝對(duì)金屬切削性、成型性能和焊接性都有不同的影響。
維護(hù)要求：長(zhǎng)期的使用成本里需要考慮這些不同工藝的維護(hù)保養(yǎng)以及維護(hù)的難易。
下面是對(duì)這些不同工藝的簡(jiǎn)要說(shuō)明，包括火焰切割，精細(xì)等離子，3千瓦的光纖激光和水刀。為了對(duì)比，我會(huì)采用完整系統(tǒng)的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用，包括5’ x 10’(約1.5 x 3米)切割區(qū)域，一臺(tái)工業(yè)數(shù)控機(jī)床(既不是入門(mén)級(jí)也不是最高配置)，CAD/CAM軟件。
1 火焰切割
火焰切割工藝是我們這里討論的所有切割技術(shù)中最簡(jiǎn)單的。其原理是先用可燃?xì)怏w加熱鋼鐵到“燃點(diǎn)”溫度(大約是1800F)，一旦通過(guò)預(yù)熱達(dá)到這個(gè)溫度，再?lài)娚浼冄跖c熾熱的鋼鐵產(chǎn)生放熱反應(yīng)，迅速侵蝕掉鋼鐵。火焰只能切碳鋼，多用在1/4”(約6.35mm)到 6” (約150mm) 的厚度。切割速度在超過(guò)2” (約50mm)厚度時(shí)比其他工藝快。在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上同時(shí)安裝多把火焰割炬很容易，而且便宜，這樣能使產(chǎn)能翻倍。
5’ x 10’火焰切割床成本：8--18萬(wàn)人民幣 (速度低的相對(duì)簡(jiǎn)單型機(jī)床)單位零件或單位長(zhǎng)度的切割成本：用氣相當(dāng)多，切割速度慢。鋼板厚度越厚，相對(duì)于等離子，其切割成本越有優(yōu)勢(shì)。通常每英尺切割成本比等離子高，超過(guò)2” (約50mm)厚度時(shí)，成本相對(duì)較低。
易用性：火焰數(shù)控切割床要求操作員很有經(jīng)驗(yàn)，才能達(dá)到最快的切割速度和最好的切割質(zhì)量。通常還需要一直監(jiān)視切割的過(guò)程。
生產(chǎn)率：火焰切割由于預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)，切割速度慢，所以生產(chǎn)效率很低。
切割件精度：好的操作工在最合適的速度、高度、氣體、噴嘴情況下，切割件尺寸公差大概是正負(fù)0. 030” (約0.76mm)，斜度小于1度。
邊緣質(zhì)量、冶金性能：火焰切割的熱影響區(qū)很大。斷面粗糙并且有掛渣。
維護(hù)要求：火焰切割床的維護(hù)比較簡(jiǎn)單，用戶(hù)自己就能掌握。
2 精細(xì)等離子
精細(xì)等離子是利用高溫的電離氣體產(chǎn)生高能量密度的切割電弧，所以能切割所有導(dǎo)電材料。最新的技術(shù)對(duì)操作者沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的要求。精細(xì)等離子最適合切割26 gauge(約0.45mm) 到2”(約50mm)厚的碳鋼，以及160mm厚度內(nèi)的不銹鋼和鋁。
5’ x 10’等離子切割床成本：40--60萬(wàn)人民幣(速度更快，配備調(diào)高和除塵)單位零件或單位長(zhǎng)度的切割成本：約6.35mm到2”(約50mm)厚的碳鋼上，等離子的切割成本相對(duì)于其他工藝是最低的。
易用性：配備最新的數(shù)控和軟件后，等離子非常易學(xué)易用。由于專(zhuān)業(yè)的工藝參數(shù)都已經(jīng)內(nèi)置在套料軟件里，所以對(duì)操作者沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)要求。
生產(chǎn)率：厚度大于約6.35mm時(shí)，切割速度快于激光。厚度小于2”(約50mm)時(shí)，切割速度快于火焰。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大概是正負(fù)0. 015” (約0.38mm) 到0.020”(約0.5mm)。對(duì)于厚度小于3/8” (約9.5mm)的薄板，斜度在2-3度。對(duì)于厚度大于1/2”(約12.7mm)的厚板，斜度在1度以?xún)?nèi)。
邊緣質(zhì)量、冶金性能：熱影響區(qū)很小，通常小于0.010” (約0.25mm)。斷面可焊性好，光潔無(wú)掛渣。
維護(hù)要求：維護(hù)比較簡(jiǎn)單，用戶(hù)自己就能掌握，或只需廠商電話(huà)支持。
3 光纖激光
光纖激光是目前最新的激光技術(shù)。其使用的固態(tài)激光發(fā)生器比傳統(tǒng)的Co2激光要更高效，而且光纖激光的波長(zhǎng)適合在細(xì)軟的光纖中傳導(dǎo)，比起只能用鏡面反射傳導(dǎo)的Co2激光要具柔性，更易維護(hù)。高能的激光通過(guò)聚焦，熔化被切割材料，輔助氣體(切碳鋼時(shí)通常使用氧氣)吹掉熔融的金屬。一臺(tái)3千瓦的光纖激光在切割能力和速度上相當(dāng)于4到5千瓦的Co2激光。其切割能力一般能達(dá)到?”(約19mm)厚的碳鋼。
5’ x 10’光纖激光切割床成本：200--300萬(wàn)人民幣(激光切割床要求運(yùn)動(dòng)精度更高，且需要遮光防護(hù))單位零件或單位長(zhǎng)度的切割成本：厚度小于?”(約6.35mm)時(shí)，激光切割成本最具優(yōu)勢(shì)。隨著厚度的增加，切割速度顯著降低，雖然切割質(zhì)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(tǒng)類(lèi)似，配備最新的數(shù)控和軟件后，激光切割床也一樣易學(xué)易用，因?yàn)樗械脑O(shè)置都是自動(dòng)的。
生產(chǎn)率：在薄板上生產(chǎn)效率最高，厚度增到?”(約6.35mm)時(shí)，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(fù)0. 01” (約0.25mm)內(nèi)。優(yōu)于等離子，可與水刀媲美。斜度在1度以?xún)?nèi)。
邊緣質(zhì)量、冶金性能：熱影響區(qū)比等離子略小。
維護(hù)要求：相比之前的Co2激光，光纖激光的維護(hù)難度大幅降低，在廠商電話(huà)支持下，用戶(hù)一般可以掌握。
4 水刀
水刀技術(shù)已有數(shù)十年的歷史，從蛋糕到花崗巖材質(zhì)上都有廣泛的應(yīng)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(lèi)似于鋸的齒，在水流的推動(dòng)下進(jìn)行切割。當(dāng)前最先進(jìn)的水刀泵能達(dá)到100,000 psi的高壓水。更高的壓力意味著更快的切割速度，當(dāng)然停機(jī)維護(hù)時(shí)間也會(huì)增加，因?yàn)楸玫拿芊庑枰ㄆ诟鼡Q。相對(duì)于其他切割工藝，水刀最大的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)在于沒(méi)有熱影響區(qū)和能切幾乎任何材質(zhì)。另外水刀的切割精度很好。但水刀最大的劣勢(shì)在于其切割速度很慢。
5’ x 10’水刀切割床成本：50--90萬(wàn)人民幣(由于速度慢，所以運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)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(tǒng)類(lèi)似，配備最新的數(shù)控和軟件后，水刀切割床也一樣易學(xué)易用。對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)要求很低。
生產(chǎn)率：在碳鋼和不銹鋼上很慢，切鋁會(huì)快點(diǎn)。
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(fù)0. 005” (約0.13mm)內(nèi)。斜度在1度以?xún)?nèi)。
邊緣質(zhì)量、冶金性能：對(duì)被切割的材料冶金性能沒(méi)有影響。斷面光滑，切割質(zhì)量與砂礫和切割速度有關(guān)(越慢越光滑)。
維護(hù)要求：維護(hù)比較簡(jiǎn)單，用戶(hù)自己就能掌握。
遠(yuǎn)遠(yuǎn)的看上去，五種工藝的切割樣件都差不。但近看，觀眾就能發(fā)現(xiàn)空氣等離子的樣件有明顯斜度，特別是小孔。氧氣等離子的切割斜度減小，精細(xì)等離子幾乎看不出來(lái)斜度。
誠(chéng)然，只在1/2”(約12.7mm)的碳鋼上做對(duì)比是不公平的，在這個(gè)厚度范圍，激光切割機(jī)無(wú)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(huì)更高效、精度更高。
如果尺寸要求放寬，價(jià)格低廉的空氣等離子應(yīng)該是最好的選擇。
所以，先明確自己的需求和實(shí)際應(yīng)用，綜合考慮本文所述的各種工藝特點(diǎn)，相信您一定能選擇最適合的金屬切割工藝和設(shè)備。
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