激光切割沉孔工藝步驟
激光切割沉孔（也稱階梯孔或锪孔）是一項精細工藝，它可以在板材上一次成型一個具有不同直徑和深度的孔，常用于螺絲沉頭、定位或減輕重量。以下是詳細的工藝步驟、關鍵要點和常見方法。
核心原理
利用激光束的聚焦特性，通過改變激光功率、速度、頻率等參數，或者通過不同的切割路徑，在同一位置分層、分次進行切割，從而形成臺階狀的沉孔。
工藝步驟（以常見的“輪廓切割法”為例）
這種方法最為常用和直觀，即先切大孔（沉頭孔），再切小孔（通孔）。
第一步：前期準備
1. 圖紙設計：
· 在CAD/CAM軟件中精確繪制沉孔的兩個輪廓：通孔（小直徑） 和 沉頭孔（大直徑）。
· 明確標注兩個孔的直徑、深度以及它們的同心度要求。
2. 材料固定：
· 將板材牢固地固定在激光切割機的工作臺上，確保加工過程中不會移動。使用夾具時需注意避開切割路徑。
3. 工藝參數準備：
· 根據材料類型、厚度以及沉孔深度，在激光切割機的控制軟件中預設兩套不同的切割參數。
· 切割通孔參數：較高的功率和適當的速度，確保能完全切穿板材。
· 切割沉頭孔參數：較低的功率和較快的速度，或者采用“雕刻”模式，僅切割到預設的深度而不切穿。
第二步：加工執行
1. 切割沉頭孔（大孔）：
· 將激光頭移動至沉孔中心位置。
· 調用為沉頭孔設置的切割參數（低功率、高速度）。
· 啟動激光，切割出大直徑的淺坑。此步驟的關鍵是控制切割深度，需要通過精確的功率、速度和離焦量配合來實現。
2. 切割通孔（小孔）：
· 激光頭位置保持不變（保持與沉頭孔同心）。
· 切換到為通孔設置的切割參數（高功率、適當速度）。
· 啟動激光，從剛才切出的淺坑中心開始，切割出小直徑的通孔。
第三步：后期處理與檢驗
1. 清理：取出工件，吹走或清理掉孔內的熔渣（掛渣）。
2. 檢驗：
· 使用卡尺、深度尺檢驗沉頭孔的直徑和深度是否達標。
· 檢驗通孔的直徑。
· 檢查兩個孔的同心度。
· 觀察孔壁質量，檢查是否有過燒、掛渣嚴重等問題。
其他激光切割沉孔的工藝方法
1. 功率漸變法（斜坡切割）：
· 在切割一個圓形輪廓的過程中，通過軟件動態控制激光功率和切割速度。
· 過程：從輪廓起點開始，激光功率由高（用于切穿）逐漸降低，同時速度可能加快。這樣，切割的深度會隨著功率的減小而變淺，形成一個斜坡，最終形成一個沉孔。這種方法對設備和工藝參數的控制要求極高。
2. 螺旋線切割法：
· 不像普通輪廓切割只走一圈，而是讓激光頭從中心向外（或從外向中心）以螺旋線路徑運動。
· 在運動過程中，通過編程讓激光功率逐漸變化，從而在螺旋軌跡上形成深度變化，加工出沉孔。這種方法可以獲得更光滑的錐面。
關鍵工藝要點與注意事項
· 參數調試是核心：切割深度與激光功率、切割速度、脈沖頻率以及離焦量密切相關。必須通過多次試切，找到最佳參數組合。通常需要制作一個“參數表”以備后續使用。
· 保證同心度：兩次切割（通孔和沉頭孔）必須嚴格同心。這依賴于激光切割機的高定位精度和編程的準確性。
· 氣體選擇與壓力：
· 使用氧氣 有助于提高切割速度和厚度能力，但會使切口氧化，適用于碳鋼。
· 使用氮氣 可以獲得無氧化的潔凈切割面，但氣體消耗大，成本高，常用于不銹鋼、鋁合金。
· 氣體壓力需要根據材料和厚度進行調整，壓力過高或過低都會影響切口質量和深度控制。
· 焦點位置（離焦量）：焦點位置直接影響激光能量密度和切割深度。切割不同深度時，可能需要調整焦點位置。通常，負離焦（焦點在板材內部）有助于進行更深或更寬區域的熔融。
· 材料特性：不同材料（如碳鋼、不銹鋼、鋁合金、黃銅）對激光的吸收率、熔點和導熱性不同，工藝參數差異巨大。
· 沉孔角度：標準的沉頭螺絲（如90°或120°）需要匹配的沉孔角度。激光切割形成的沉孔側面通常是自然形成的錐面，其角度由光束特性和參數決定，不一定能精確控制成標準角度，可能需要進行后續處理（如锪孔）。
優缺點
· 優點：
· 一次成型，效率高，無需更換刀具或二次裝夾。
· 柔性好，通過修改程序即可加工不同尺寸的沉孔。
· 無刀具磨損。
· 缺點：
· 精度控制難，尤其是深度和角度，對操作員經驗要求高。
· 孔壁可能留有激光切割特有的紋路，表面光潔度不如機械加工。
· 對于要求精確角度的沉孔，能力有限。
總而言之，激光切割沉孔是一項可行的工藝，但成功與否極大程度上依賴于對設備性能的掌握和豐富的工藝參數調試經驗。對于大批量、高精度的沉孔加工，仍需評估其與傳統機械加工（如鉆孔后锪孔）的成本和效率優劣。
