激光切割30毫米工艺（激光切割铁氧体加工新趋势）
激光切割30毫米工艺（激光切割铁氧体加工新趋势）图1 铁氧体隔磁片在无线充电接收端和发射端的应用铁氧体隔磁片的种类分为硬磁片和软磁片。硬磁片由高温烧结而成的铁氧体片，具有较高的导磁率，材质坚硬易开裂，常用在无线充电的发射端。而软磁片则是由合金磁粉添加到塑胶或橡胶中，再经加工成型制成。软磁片材质较柔软，厚度非常薄，可根据无线充电方案所需隔磁片的形状尺寸进行冲切，定制度较高，常用于无线充电接收端，如图1。铁氧体是一种含有铁元素的复合氧化物材料。随着20世纪40年代无线电技术的发展，铁氧体磁性材料由于具有高电阻率、较强的介电性能以及在高频时具有较高的磁导率等优点，得到了广泛的应用。在生产工艺上，铁磁体性能好、成本低、工艺简单、又能节省大量贵金属，已成为高频弱电领域中很有前景的一种非金属磁性材料[1]。有文献报道显示，稀土等轴尖晶石型及石榴石型磁性材料的研制，在某些方面提高了单相铁氧体材料的电磁性能[2]。目前无线充电领域中广泛使用的是基于法拉
文 / 邓俊杰，李康，吕峰
武汉华日精密激光股份有限公司
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什么是铁氧体材料？
铁氧体是一种含有铁元素的复合氧化物材料。随着20世纪40年代无线电技术的发展，铁氧体磁性材料由于具有高电阻率、较强的介电性能以及在高频时具有较高的磁导率等优点，得到了广泛的应用。
在生产工艺上，铁磁体性能好、成本低、工艺简单、又能节省大量贵金属，已成为高频弱电领域中很有前景的一种非金属磁性材料[1]。有文献报道显示，稀土等轴尖晶石型及石榴石型磁性材料的研制，在某些方面提高了单相铁氧体材料的电磁性能[2]。
目前无线充电领域中广泛使用的是基于法拉第电磁感应原理的Qi标准，其定义框架对应使用设备的工作频率通常在110～205 kHz高频段[3]，这十分有利于铁氧体发挥其高频高磁导率的优势。以软磁铁氧体材料制作成的隔磁片，在无线充电系统中起着增高感应磁场和屏蔽线圈磁场，防止金属电池中形成涡流损耗发热的作用[4]。
铁氧体隔磁片的种类分为硬磁片和软磁片。硬磁片由高温烧结而成的铁氧体片，具有较高的导磁率，材质坚硬易开裂，常用在无线充电的发射端。而软磁片则是由合金磁粉添加到塑胶或橡胶中，再经加工成型制成。软磁片材质较柔软，厚度非常薄，可根据无线充电方案所需隔磁片的形状尺寸进行冲切，定制度较高，常用于无线充电接收端，如图1。
图1 铁氧体隔磁片在无线充电接收端和发射端的应用
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激光切割：铁氧体加工的新趋势
激光诞生于20世纪60年代，经过50多年来的发展，已经成为了现代信息社会光电子产业的重要支柱。激光加工作为一种先进制造技术，实现了光、机、电技术相结合，目前正处于向传统制造技术工艺过程积极渗透的阶段[5-6]，已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率和自动化，减少材料消耗，实现零污染等起到越来越重要的作用。
激光加工通常以切割为主。激光切割是利用经聚焦获得的高功率密度激光束照射工件，使材料被照射的区域迅即达到熔点，使之溶化和烧蚀，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现割开工件的一种热切割方法[7-8]。
激光切割具有许多优点：
★ 缝窄(0.11 mm～0.15 mm)，节省材料；
★ 工件热变形小；
★ 只需定位而不需夹紧、划线，工件无机械应力及表面损伤；
★ 能切割脆性材料和极软、极硬的材料；
★ 切口平行度好、切边洁净，可直接用于焊接；
★ 切割速度高(可达10 m/min以上)；
★ 易于实现数控或计算机控制，并可多工位操作等。
由于铁氧体隔磁片是一种硬度较高的磁片材料，来料为块状，需要进行覆膜后裁切，材料硬度较大，用传统的加工方法容易伤刀，且片材的加工效率较低。因此采用激光加工成为了铁氧体加工新的趋势。
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新型激光加工工艺方案
光学系统的特性
光学系统是激光加工的核心，高性能的激光器和配套光学组件确保了光斑均匀性和加工性能，实现了良好的加工效果。
1） 光学系统
图2 加工光路简易图
图2是加工光路简易图。其中激光器为华日激光C系列35 W绿光激光器（图3），通过华日定制的扫描系统将激光器出射光进行聚焦和扫描，可以实现随加工表面的不断变化，实现激光焦距的联动，从而对铁氧体进行切割加工。
图3 华日C系列35 W绿光激光器外观图
2） 激光器的光学特性
激光器上升特性、光斑效果、M2趋势等光学特性的试验结果如图4、5、6所示。图7展示了激光器功率随重复频率变化的规律。
图4 激光器上升沿曲线
图5 激光器的光斑
图6 激光器的M2数据
图7 激光器功率随重复频率变化规律图
由上图表所示，华日C系列35 W绿光激光器上升沿良好，功率随着重复频率的变化始终稳定在30-40 W之间，激光器的兼容性好，同时输出的光斑圆度大于90%，M2小于1.2，具有较好的光束质量。
工艺参数
表1 工艺参数表
采用华日激光C系列35 W绿光激光器对铁氧体隔磁片进行切割加工，制定的参数为重复频率在100-250 kHz，脉宽在0.5-1.0μs，扫描速度在2500-3000 mm/s，加工次数为80-100次，CT时间在2 min左右。
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结论
通过上图，我们可以看到，采用该套工艺参数，华日C系列35 W绿光激器对铁氧体隔磁片的切割效率快，切割效果佳，切割边缘有轻微的热影响，如图8所示。
图8 铁氧体切割效果示意图
参考文献
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[3] 陈新 张桂香.电磁感应无线充电的联合仿真研究[J].电子测量与仪器学报2014 28(4):434－440.
[4] 陈德清.电动汽车无线充电系统损耗分析及结构优化[D].北京:中国科学院大学 2015.
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