激光切割沉孔工艺步骤
激光切割沉孔（也称阶梯孔或锪孔）是一项精细工艺，它可以在板材上一次成型一个具有不同直径和深度的孔，常用于螺丝沉头、定位或减轻重量。以下是详细的工艺步骤、关键要点和常见方法。
核心原理
利用激光束的聚焦特性，通过改变激光功率、速度、频率等参数，或者通过不同的切割路径，在同一位置分层、分次进行切割，从而形成台阶状的沉孔。
工艺步骤（以常见的“轮廓切割法”为例）
这种方法最为常用和直观，即先切大孔（沉头孔），再切小孔（通孔）。
第一步：前期准备
1. 图纸设计：
· 在CAD/CAM软件中精确绘制沉孔的两个轮廓：通孔（小直径） 和 沉头孔（大直径）。
· 明确标注两个孔的直径、深度以及它们的同心度要求。
2. 材料固定：
· 将板材牢固地固定在激光切割机的工作台上，确保加工过程中不会移动。使用夹具时需注意避开切割路径。
3. 工艺参数准备：
· 根据材料类型、厚度以及沉孔深度，在激光切割机的控制软件中预设两套不同的切割参数。
· 切割通孔参数：较高的功率和适当的速度，确保能完全切穿板材。
· 切割沉头孔参数：较低的功率和较快的速度，或者采用“雕刻”模式，仅切割到预设的深度而不切穿。
第二步：加工执行
1. 切割沉头孔（大孔）：
· 将激光头移动至沉孔中心位置。
· 调用为沉头孔设置的切割参数（低功率、高速度）。
· 启动激光，切割出大直径的浅坑。此步骤的关键是控制切割深度，需要通过精确的功率、速度和离焦量配合来实现。
2. 切割通孔（小孔）：
· 激光头位置保持不变（保持与沉头孔同心）。
· 切换到为通孔设置的切割参数（高功率、适当速度）。
· 启动激光，从刚才切出的浅坑中心开始，切割出小直径的通孔。
第三步：后期处理与检验
1. 清理：取出工件，吹走或清理掉孔内的熔渣（挂渣）。
2. 检验：
· 使用卡尺、深度尺检验沉头孔的直径和深度是否达标。
· 检验通孔的直径。
· 检查两个孔的同心度。
· 观察孔壁质量，检查是否有过烧、挂渣严重等问题。
其他激光切割沉孔的工艺方法
1. 功率渐变法（斜坡切割）：
· 在切割一个圆形轮廓的过程中，通过软件动态控制激光功率和切割速度。
· 过程：从轮廓起点开始，激光功率由高（用于切穿）逐渐降低，同时速度可能加快。这样，切割的深度会随着功率的减小而变浅，形成一个斜坡，最终形成一个沉孔。这种方法对设备和工艺参数的控制要求极高。
2. 螺旋线切割法：
· 不像普通轮廓切割只走一圈，而是让激光头从中心向外（或从外向中心）以螺旋线路径运动。
· 在运动过程中，通过编程让激光功率逐渐变化，从而在螺旋轨迹上形成深度变化，加工出沉孔。这种方法可以获得更光滑的锥面。
关键工艺要点与注意事项
· 参数调试是核心：切割深度与激光功率、切割速度、脉冲频率以及离焦量密切相关。必须通过多次试切，找到最佳参数组合。通常需要制作一个“参数表”以备后续使用。
· 保证同心度：两次切割（通孔和沉头孔）必须严格同心。这依赖于激光切割机的高定位精度和编程的准确性。
· 气体选择与压力：
· 使用氧气 有助于提高切割速度和厚度能力，但会使切口氧化，适用于碳钢。
· 使用氮气 可以获得无氧化的洁净切割面，但气体消耗大，成本高，常用于不锈钢、铝合金。
· 气体压力需要根据材料和厚度进行调整，压力过高或过低都会影响切口质量和深度控制。
· 焦点位置（离焦量）：焦点位置直接影响激光能量密度和切割深度。切割不同深度时，可能需要调整焦点位置。通常，负离焦（焦点在板材内部）有助于进行更深或更宽区域的熔融。
· 材料特性：不同材料（如碳钢、不锈钢、铝合金、黄铜）对激光的吸收率、熔点和导热性不同，工艺参数差异巨大。
· 沉孔角度：标准的沉头螺丝（如90°或120°）需要匹配的沉孔角度。激光切割形成的沉孔侧面通常是自然形成的锥面，其角度由光束特性和参数决定，不一定能精确控制成标准角度，可能需要进行后续处理（如锪孔）。
优缺点
· 优点：
· 一次成型，效率高，无需更换刀具或二次装夹。
· 柔性好，通过修改程序即可加工不同尺寸的沉孔。
· 无刀具磨损。
· 缺点：
· 精度控制难，尤其是深度和角度，对操作员经验要求高。
· 孔壁可能留有激光切割特有的纹路，表面光洁度不如机械加工。
· 对于要求精确角度的沉孔，能力有限。
总而言之，激光切割沉孔是一项可行的工艺，但成功与否极大程度上依赖于对设备性能的掌握和丰富的工艺参数调试经验。对于大批量、高精度的沉孔加工，仍需评估其与传统机械加工（如钻孔后锪孔）的成本和效率优劣。
