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影响激光切割速度和效率的因素

在现代钣金制造中，激光技术在塑造各种材料时提供无与伦比的精度和激光切割速度。随着行业继续拥抱激光切割技术的多功能性，优化速度和效率变得越来越重要。从原材料到最终产品，激光切割过程涉及各种因素的复杂相互作用。充分了解影响激光切割速度和效率的主要因素至关重要，从材料的固有特性到切割机的复杂配置。

在本文中，我们全面探讨了影响激光切割速度和效率的主要因素，解释了材料特性、激光参数、切割条件、机器配置和设计考虑因素的复杂性。这种探索为用户提供了宝贵的见解，使他们能够充分利用激光切割技术的潜力并推动金属制造工艺的创新。

激光切割速度和效率

激光切割机的切割速度是许多加工企业关注的问题，因为它决定了生产效率。换句话说，速度越快，整体产量就越高。激光切割是一种复杂的制造技术，依靠各种因素的微妙平衡来实现最佳的速度和效率。材料特性，如成分、厚度和表面状况，都会影响切割参数。激光参数，包括功率密度、光束质量和焦距，决定了切割的精度和有效性。切割条件的选择，如速度和辅助气体，对提高切割效率起着至关重要的作用。机器因素，如系统配置和维护，对整体性能有重大贡献。此外，几何复杂性和嵌套优化等设计考虑也会影响切割速度和效率。通过全面了解和优化这些因素，制造商可以提高激光切割过程的速度、精度和效率，从而提高生产力和竞争力。

影响激光切割速度的主要因素

强大的切割工艺推动了激光切割行业的快速发展，大大提高了激光切割机的切割质量和稳定性。在加工过程中，激光切割速度受到工艺参数、材料质量、气体纯度、光速质量等因素的影响。深入研究这一变化过程的复杂性，揭示了用户必须仔细应对的综合考虑因素。在这里，我们探讨了显著影响激光切割速度和效率的主要因素。

激光参数

功率密度：激光功率密度由聚焦在给定区域的激光束的功率决定，这直接影响切割速度和效率。更高的功率密度允许更快的切割速度，但需要仔细校准以防止材料损坏。
光束质量：激光光束的质量，包括发散度、模式、波长等因素，会影响切割精度和效率。高质量的光束可确保能量分布均匀，从而实现更干净的切割和更高的效率。
焦距：激光镜头的焦距决定了光斑的大小和深度。最佳焦点选择可确保能量精确地传输到切割表面，从而最大限度地提高效率而不影响质量。

材料特性

材料类型：被切割材料的类型在决定激光切割的速度和效率方面起着重要作用。软材料相对容易进行激光切割，切割速度也相对较快。硬材料需要较长的加工时间。不锈钢、铝和碳钢等金属具有不同的导热性、熔点和反射率，所有这些都会影响它们对激光切割的响应。例如，切割钢板比切割铝板慢得多。
厚度：材料厚度直接影响切割速度和效率。与较薄的材料相比，较厚的材料需要更多的能量和时间来切割。为了在不同厚度上达到最佳效果，需要调整激光功率、焦距和切割速度。
表面状况：表面不规则性（如生锈、氧化或涂层）会影响激光切割的质量和速度。为了有效切割，可能需要通过清洁或表面处理来准备材料表面。

激光切割机因素

激光系统配置：激光切割机的设计和功能，包括光束传输系统、运动控制和自动化功能，都会影响切割速度和效率。现代激光技术的进步提高了加工速度和精度。
维护和校准：定期对激光切割设备进行维护、校准和校准有助于确保性能稳定并延长机器寿命。忽视维护可能会导致切割效率降低、停机时间增加和维修成本高昂。

切削条件

切割速度：激光束穿过材料表面的速度显著影响切割效率。在切割速度和功率之间找到适当的平衡有助于实现预期结果并最大限度地缩短加工时间。
辅助气体选择：辅助气体如氧气、氮气或压缩空气在激光切割过程中有助于材料去除和冷却。辅助气体的选择取决于材料的类型、厚度和所需的边缘质量。辅助气体的压力越高，气体的纯度越高，材料上粘附的杂质越少，切割边缘越光滑。一般来说，氧气切割速度快，氮气切割效果好，成本低。不同的气体提供不同程度的切割效率和清洁度。
喷嘴设计和对准：正确的喷嘴设计和对准有助于引导二次气流并保持最佳分离距离。对准不当或喷嘴磨损会导致切割效率和质量下降。

环境因素

温度和湿度：环境温度和湿度水平会影响激光切割性能。极端温度或高湿度会导致材料变形或干扰激光束传播，从而影响切割速度和质量。
空气质量：空气中的污染物（如灰尘或颗粒）可能会干扰激光切割操作。保持切割环境中的空气清洁有助于防止喷嘴堵塞并确保一致的切割效率。

设计注意事项

几何复杂性：具有尖角、小特征或严格公差的复杂设计可能需要较低的切割速度才能保持精度和边缘质量。先进的 CAD 软件可以优化复杂几何形状的切割路径，从而提高整体效率。
嵌套优化：通过使用嵌套优化软件有效利用材料，可以最大限度地减少材料浪费，减少切削时间，最终提高整体工艺效率。嵌套算法以最节省空间的方式排列零件，最大限度地提高材料利用率。
边缘光滑度要求：边缘质量要求（无论是光滑、粗糙还是无毛刺）都会影响切割参数和速度。可能需要进行调整以满足特定的表面光洁度标准，从而确保最终产品符合质量标准。
在激光切割的复杂过程中，制造商必须仔细考虑和平衡这些因素，才能充分发挥这项先进技术的潜力。详细了解材料相互作用、激光动力学、切割条件、机器配置、环境影响和设计复杂性，有助于在现代制造业中实现最佳的激光切割速度和效率。

如何提高激光切割机的切割速度

选择合适的材料

通过选择更容易切割的材料，可以提高切割效率。

适当调整激光功率

激光功率的调整对激光切割速度的影响比较大，因此针对不同的材料、不同的厚度，需要适当调整激光功率，以提高切割速度。

使用高质量激光

激光器的质量对激光切割速度也有着显著的影响，使用更高质量的激光器可以提高切割效率，减少切割时间。

维护设备

定期对激光切割机进行维护和保养，使设备保持最佳工作状态，有助于提高其切割速度和效率。

激光功率、材料状态与激光切割速度的关系

前面我们已经介绍过影响激光切割速度的因素有材料性质和激光源功率，下面我们用图表展示一下锐科1000W-15000W光纤激光器和IPG 1000W-12000W光纤激光器的最大切割厚度和对应的切割速度。

Raycus 切割速度 - 碳钢

光纤激光切割厚度及速度参数（Raycus/碳钢/1000w-4000w）

材料	激光功率	1000 瓦	1500瓦	2000 瓦	3000瓦	4000瓦
	厚度	速度	速度	速度	速度	速度
	（毫米）	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)
碳钢 (O2/N2/空气)	1	5.5/10	6.7/20	7.3/25	10/35	28-35
	2	4	5	5.2/9	5.5/20	12-15
	3	3	3.6	4.2	4	4-4.5（1.8千瓦）/8-12
	4	2.3	2.5	3	3.5	3-3.5（2.4千瓦）
	5	1.8	1.8	2.2	3.2	2.5-3（2.4千瓦）
	6	1.4	1. 5	1.8	2.7	2.5-2.8（3千瓦）
	8	1.1	1.2	1.3	2.2	2-2.3（3.6千瓦）
	10	0.8	1	1.1	1.5	1.8-2（4千瓦）
	12		0.8	0.9	1	1-1.2（1.8-2.2千瓦）
	14		0. 65	0.8	0.9	0.9-1（1.8-2.2千瓦）
	16		0.5	0.7	0.75	0.7-0.9（2.2-2.6千瓦）
	18			0.5	0.65	0.6-0.7（2.2-2.6千瓦）
	20			0.4	0.6	0.55-0.65（2.2-2.6千瓦）
	22				0.55	0.5-0.6（2.2-2.8千瓦）
	25					0.5（2.4-3千瓦）

光纤激光切割厚度及速度参数（Raycus/碳钢/6000W-15000W）

激光功率	6000瓦	8000瓦	10000瓦	12000瓦	15000瓦
厚度	速度	速度	速度	速度	速度
（毫米）	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)
1	30-45	35-45	40-45	50-60	50-60
2	20-25	30-35	35-40	40-45	45-48
3	3.5-4.2（2.4千瓦）/12-14	20-25	25-30	30-35	30-38
4	3.3-3.8（2.4千瓦）/7-8	15-18	18-20	20-26	26-29
5	3-3.6（3千瓦）/5-6	10-12	13-15	15-18	20-23
6	2.7-3.2（3.3千瓦）/4.5-5	8-9	10-12	10-13	17-19
8	2.2-2.5（4.2千瓦）	2.3-2.5（4千瓦）/5-5.5	7-8	7-10	10-12
10	2.0-2.3（5.5千瓦）	2.3（6千瓦）	2-2.3（6千瓦）/3.5-4.5	2-2.3（6千瓦）/5-6.5	2-2.3（6千瓦）/7-8
12	1.9-2.1(6千瓦)	1.8-2(7.5千瓦)	1.8-2(7.5千瓦)	1.8-2(7.5千瓦)	1.8-2(7.5千瓦)/5-6
14	1.4-1.7(6千瓦)	1.6-1.8(8千瓦)	1.6-1.8(8.5千瓦)	1.6-1.8(8.5千瓦)	1.6-1.8(8.5千瓦)/4.5-5.5
16	1.2-1.4(6千瓦)	1.4-1.6(8千瓦)	1.4-1.6(9.5千瓦)	1.5-1.6(9.5千瓦)	1.5-1.6(9.5千瓦)/3-3.5
18	0.8(6千瓦)	1.2-1.4(8千瓦)	1.3-1.5(9.5千瓦)	1.4-1.5(10千瓦)	1.4-1.5（10千瓦）
20	0.6-0.7(6千瓦)	1-1.2(8千瓦)	1.2-1.4(10千瓦)	1.3-1.4(12千瓦)	1.3-1.4(12千瓦)
22	0.5-0.6(6千瓦)	0.6-0.65(8千瓦)	1.0-1.2(10千瓦)	1-1.2(12千瓦)	1.2-1.3(15千瓦)
25	0.4-0.5(6千瓦)	0.3-0.45(8千瓦)	0.5-0.65(10千瓦)	0.8-1(12千瓦)	1.2-1.3(15千瓦)
30		0.2-0.25（8千瓦）	0.3-0.35（10千瓦）	0.7-0.8（12千瓦）	0.75-0.85（15千瓦）
40		0.1-0.15（8千瓦）	0.2（10千瓦）	0.25-0.3（12千瓦）	0.3-0.35（15千瓦）
50					0.2-0.25(15千瓦)
60					0.18-0.2（15千瓦）

IPG 切割速度 - 碳钢

光纤激光切割厚度及速度参数（IPG//1000W-4000W）

材料	激光功率	1000 瓦	1500瓦	2000 瓦	3000瓦	4000瓦
	厚度	速度	速度	速度	速度	速度
	（毫米）	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)
碳钢 (O2/N2/空气)	1	45547	45547	9-11/18-22	9-12/25-30	9-11/40-50
	2	4.5-5	4.9-5.5	5-6	5-6/12-15	5-6/18-22
	3	3-3.3	3.4-3.8	3.7-4.2	4-4.5	4-4.5/15-18
	4	2.1-2.4	2.4-2.8	2.8-3.5	3.2-3.8	3.2-3.8/8-10
	5	1.6-1.8	2.0-2.4	2.5-2.8	3.2-3.4	3-3.5/4-5
	6	1.3-1.5	1.6-1.9	2.0-2.5	3-3.2	2.8-3.2
	8	0.9-1.1	1.1-1.3	1.2-1.5	2-2.3	2.3-2.6
	10	0.7-0.9	0.9-1.0	1-1.2	1.5-1.7	2-2.2
	12		0.7-0.8	0.9-1.1	0.8-1	1-1.5
	14		0.6-0.7	0.7-0.9	0.8-0.9	0.85-1.1
	16			0.6-0.75	0.7-0.85	0.8-1
	20				0.65-0.8	0.6-0.9
	22					0.6-0.7

光纤激光切割厚度及速度参数（IPG/碳钢/6000W-12000W）

材料	激光功率	6000瓦	8000瓦	10000瓦	12000瓦
	厚度	速度	速度	速度	速度
	（毫米）	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)
碳钢 (O2/N2/空气)	1	10-12/45-60	10-12/50-60	10-12/50-80
	2	5-6/26-30	5.5-6.8/30-35	5.5-6.8/38-43
	3	4-4.5/18-20	4.2-5.0/20-25	4.2-5.0/28-30
	4	3.2-3.8/13-15	3.7-4.5/15-18	3.7-4.5/18-21
	5	3-3.5/7-10	3.2-3.8/10-12	3.2-3.8/13-15
	6	2.8-3.2	2.8-3.6/8.2-9.2	2.8-3.6/10.8-12
	8	2.5-2.8	2.6-3.0/5.0-5.8	2.6-3.0/7.0-7.8
	10	2.0-2.5	2.1-2.6/3.0-3.5	2.1-2.6/3.8-4.6	2.2-2.6
	12	1.8-2.2	1.9-2.3	1.9-2.3	2-2.2
	14	1-1.8	1.1-1.8	1.1-1.8	1.8-2.2
	16	0.85-1.5	0.85-1.2	0.85-1.2	1.5-2
	20	0.75-1.0	0.75-1.1	0.75-1.1	1.2-1.7
	22	0.7-0.8	0.7-0.85	0.7-0.85	0.7-0.85
	25	0.6-0.7	0.6-0.8	0.6-0.8	0.6-0.8
	30				0.4-0.5
	35				0.35-0.45
	40				0.3-0.4

如图表所示，我们可以看到1000W、1500W、2000W、3000W、4000W、6000W、8000W、10000W、12000W、15000W光纤激光切割的厚度和速度参数。

以碳钢为例，采用1000W锐科光纤激光切割机切割3mm厚度的碳钢，最高切割速度为每分钟3米。

采用1500W光纤激光切割机切割3mm厚碳钢，最高切割速度可达每分钟3.6米。

利用上面的IPG图表，我们可以比较不同激光切割机在切割同一种材料时的参数。例如：

1000W的激光切割机可以切割3mm厚的碳钢，最高速度可达3.3m/min。

1500W的激光切割机可以切割3mm厚的碳钢，最高速度可达3.9m/min。

Raycus 切割速度 - 不锈钢

光纤激光切割厚度及速度参数（锐科/不锈钢/1000W-4000W）

材料	激光功率	1000 瓦	1500瓦	2000 瓦	3000瓦	4000瓦
	厚度	速度	速度	速度	速度	速度
	（毫米）	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)
不锈钢（N2）	1	13	20	28	28-35	30-40
	2	6	7	10	18-24	15-20
	3	3	4.5	5	7-10	10-12
	4	1	3	3	5-6.5	6-7
	5	0.6	1.5	2	3-3.6	4-4.5
	6		0.8	1.5	2-2.7	3-3.5
	8			0.6	1-1.2	1.5-1.8
	10				0.5-0.6	1-1.2
	12					0.8

光纤激光切割厚度及速度参数（锐科/不锈钢/6000W-15000W）

材料	激光功率	6000瓦	8000瓦	10000瓦	12000瓦	15000瓦
	厚度	速度	速度	速度	速度	速度
	（毫米）	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)
不锈钢（N2）	1	30-45	40-50	45-50	50-60	50-60
	2	25-30	30-35	35-40	40-45	45-50
	3	15-18	20-24	25-30	30-35	35-38
	4	10-12	12-15	18-20	23-27	25-29
	5	7-8	9-10	12-15	15-18	18-22
	6	4.5-5	7-8	8-9	13-15	15-18
	8	3.5-3.8	4-5	5-6	8-10	10-12
	10	1.5-2	3-3.5	3.5-4	6.5-7.5	8-9
	12	1-1.2	2-2.5	2.5-3	5-5.5	6-7
	16	0.5-0.6	1-1.5	1.6-2	2-2.3	2.9-3.1
	20	0.2-0.35	0.6-0.8	1-1.2	1.2-1.4	1.9-2.1
	22		0.4-0.6	0.7-0.9	0.9-1.2	1.5-1.7
	25		0.3-0.4	0.5-0.6	0.7-0.9	1.2-1.4
	30		0.15-0.2	0.25	0.25-0.3	0.8-1
	35			0.15	0.2-0.25	0.6-0.8
	40				0.15-0.2	0.4-0.5
	45					0.2-0.4

IPG 切割速度 - 不锈钢

光纤激光切割厚度及速度参数（IPG/不锈钢/1000W-4000W）

材料	激光功率	1000 瓦	1500瓦	2000 瓦	3000瓦	4000瓦
	厚度	速度	速度	速度	速度	速度
	（毫米）	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)
不锈钢（N2）	1	12-15	16-20	20-28	30-40	40-55
	2	4.5-5.5	5.5-7.0	7-11	15-18	20-25
	3	1.5-2	2.0-2.8	4.5-6.5	8-10	12-15
	4	1-1.3	1.5-1.9	2.8-3.2	5.4-6	7-9
	5	0.6-0.8	0.8-1.2	1.5-2	2.8-3.5	4-5.5
	6		0.6-0.8	1-1.3	1.8-2.6	2.5-4
	8			0.6-0.8	1.0-1.3	1.8-2.5
	10				0.6-0.8	1.0-1.6
	12				0.5-0.7	0.8-1.2
	16					0.25-0.35

光纤激光切割厚度及速度参数（IPG/不锈钢/6000W-12000W）

材料	激光功率	6000瓦	8000瓦	10000瓦	12000瓦
	厚度	速度	速度	速度	速度
	（毫米）	(米/分)	(米/分)	(米/分)	(米/分)
不锈钢（N2）	1	60-80	60-80	60-80	70-80
	2	30-35	36-40	39-42	42-50
	3	19-21	21-24	25-30	33-40
	4	12-15	15-17	20-22	25-28
	5	8.5-10	10-12.5	14-16	17-20
	6	5.0-5.8	7.5-8.5	11-13	13-16
	8	2.8-3.5	4.8-5.8	7.8-8.8	8-10
	10	1.8-2.5	3.2-3.8	5.6-7	6-8
	12	1.2-1.5	2.2-2.9	3.5-3.9	4.5-5.4
	16	1.0-1.2	1.5-2.0	1.8-2.6	2.2-2.5
	20	0.6-0.8	0.95-1.1	1.5-1.9	1.4-6
	22	0.3-0.4	0.7-0.85	1.1-1.4	0.9-4
	25	0.15-0.2	0.4-0.5	0.45-0.65	0.7-1
	30		0.3-0.4	0.4-0.5	0.3-0.5
	35				0.25-0.35
	40				0.2-0.25

现在，让我们仔细看看切割不锈钢的参数。

配备 1000W 光纤激光切割机，可以切割3mm厚的不锈钢，最高速度为每分钟3米。

如果使用1500W的光纤激光切割机，可以以每分钟4.5米的最高速度切割3mm厚的不锈钢。

对于5mm厚度的不锈钢，1000W的光纤激光切割机最高切割速度可以达到每分钟0.6米，而1500W的激光切割机最高切割速度可以达到每分钟1.5米。

通过比较这些参数，很明显，当使用相同类型和厚度的材料时，更高的功率可以实现更快的切割速度。

激光切割机切割速度对切割质量的影响

切割速度过快时，与光束同轴的气体不能完全吹走切割残渣，两侧熔融材料在底边聚集、凝固，形成难以清理的挂渣。切割速度过快还会导致材料不能完全切透，底部会有一定厚度的粘连，通常很小，需要人工锤击才能脱落。
切割速度合适时，可以提高切口质量，切缝小而平整，切割面光滑无毛刺，工件整体不变形，工件不需处理即可投入使用。
切割速度太慢时，高能量的激光束在各处停留时间过长，热效应明显，会导致切割对面出现明显的过熔现象，在切割的上方会出现明显的过熔现象，而下方会出现明显的挂渣现象，导致切割质量很差。