激光切割機在鈑金加工中的應用

　　摘要：對于鈑金加工而言，激光切割技術是非常先進的切割工藝，能夠大幅度提高勞動生產(chǎn)率。在進行鈑金加工的過程中，應用激光切割機能夠有效縮短加工周期、提升加工精度，高精度加工高度復雜零件時省略各種更換沖壓模具環(huán)節(jié)，這些優(yōu)點已經(jīng)被許多制造企業(yè)關注，并開始在飯金加工中積極采用激光切割機。在本文當中，筆者首先探討了激光以及激光切割機的相關問題，而后重點分析了在鈑金加工中應用激光切割機的相關情況。
　　關鍵詞：激光切割機　鈑金加工　應用分析
　　中圖分類號：TP2　文獻標識碼：A　文章編號：1672-3791(2012)01(b)-0112-01
　　1　激光以及激光切割機概述
　　激光是一種相干光，它具有非常優(yōu)秀的單色性能、極高的亮度、極大的能量密度以及非常好的方向性。由于激光所獨具的特點，它在激光切割、激光打孔、激光焊接、激光治療、激光打標、激光熱處理、激光快速成型、激光成像以及激光涂敷等方面擁有著極大的應用空間和開發(fā)潛力。在鈑金加工方面，激光切割機能夠有效縮短加工周期、提升加工精度、省略更換沖壓模具環(huán)節(jié)便能夠?qū)Ω鞣N高度復雜的零件進行高精度加工，在鈑金加工當中獲得了廣泛地應用。
　　激光切割的主要原理是，激光切割機會將激光聚焦在待加工材料表面的某一個點上，激光的光能會在該點上轉(zhuǎn)換為熱能，在極短的時間內(nèi)(通常是幾微秒)，激光照射點的溫度會迅速達到該材料的熔點，隨后上升至沸點，材料在融化之后隨之氣化，隨后該激光照射點會形成一個小孔洞；此時，激光切割機已經(jīng)預設好了移動路徑，激光束會在激光切割機的控制開始沿著預設路徑移動，在這個過程中，被切割材料表面不斷發(fā)生液化、氣化的變化過程，并在激光走過的路徑上面留下一道細長的割縫。
　　相對于傳統(tǒng)的切割工藝，激光切割技術具有明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)：雖然切割速度非常高，但是切縫相對比較小、切口部位光潔平整、整體切割質(zhì)量非常好；切割過程中沒有傳統(tǒng)切割技術存在的刀具磨損問題，切割時作用面的熱影響范圍相對比較??；具有很大的切割范圍，在切割形狀方面也不存在限制，更加容易實現(xiàn)數(shù)控化；省去了傳統(tǒng)切割方式中存在的器具磨損問題，切割成本更低、生產(chǎn)效率更高。激光切割機還具有一個傳統(tǒng)切割工藝不具備的技術優(yōu)勢，即在進行復雜加工時不需要模具的支持。在沒有模具的情況下，激光切割機仍然可以高精度、高質(zhì)量地加工各種形狀的鈑金零件，不僅加工方式靈活，由于不需要模具，也降低了加工成本。正是因為激光切割機具有上述的諸多優(yōu)點，它目前已經(jīng)在機械加工、航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)等領域中獲得了非常廣泛地應用。
　　2　在鈑金加工中應用激光切割機的相關情況
　　我公司是專業(yè)生產(chǎn)紡織機械的企業(yè)，主要生產(chǎn)粗紗機和絡筒機兩大系列產(chǎn)品。公司所用激光切割機由日本三菱公司生產(chǎn)，型號：ML3015LVP-5036D，所用軟件是日本村田公司的CAMPASS 2000E編程軟件，最大切割板厚16mm。
　　第一，有效借助編程軟件的優(yōu)勢，充分提升薄板材料的利用率。我們以ML301 5LVP-5036D型號的激光切割機為例。該型號激光切割機采用CAMPASS 2000E編程軟件，具有優(yōu)化排料等輔助功能。優(yōu)化排料功能允許使用者在定尺材料上，對料厚一樣的不同零件進行優(yōu)化排列，優(yōu)化排料功能略去了薄板切割時的開料環(huán)節(jié)，不僅材料的裝夾頻率有效降低，還有效降低了工時。同時該型號激光切割機具有“飛行光路”功能，不僅切割速度非常高，而且由于不需要對被切割的薄板材料進行夾緊，不存在切割死區(qū)的問題；并且使切割方案的編排更加合理，加工效率和材料節(jié)能效果均非常突出。
　　第二，縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，模具應用數(shù)量大幅度降低。目前的鈑金加工市場競爭非常激烈，如何在激烈的競爭環(huán)境下加工日益增多的鈑金件，需要認真考量。如果采用模具生產(chǎn)，不僅模具的設計和制造需要周期，而且目前許多新產(chǎn)品的鈑金加工通常是小批量生產(chǎn)，模具使用一次便失去價值，費時又不經(jīng)濟。但是采用激光切割機完全沒有以上顧慮，激光切割的零件不僅質(zhì)量高，而且沒有模具環(huán)節(jié)，生產(chǎn)時間短，生產(chǎn)效率高，適合小批量生產(chǎn)，對于產(chǎn)品開發(fā)周期日益縮短的市場環(huán)境也是有力的保障。
　　3　激光切割技術在應用中表現(xiàn)的實際優(yōu)勢
　　3.1　實現(xiàn)了勞動強度和加工成本的雙重降低
　　第一，20世紀80年代之前，我公司產(chǎn)品用的機架、箱體等基礎的支撐零件，全部是鑄鐵件。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、變形小，缺點是模具制造周期長，模具費用高，不適合單件、小批量生產(chǎn)，環(huán)境污染大，工人勞動強度高。20世紀80年代以后，隨著設計理念的變化，幾十年生產(chǎn)一種產(chǎn)品的模式被打破，鋼板焊接結(jié)構(gòu)的機架、箱體在絡筒機和針梳機產(chǎn)品中出現(xiàn)。當時公司還沒有激光切割機，面對由6mm和8mm厚鋼板拼焊成的機架、箱體，我們的加工手段是：用剪板機剪出外形，用氣割粗切出板面內(nèi)結(jié)構(gòu)，再用鏜床或加工中心將板面內(nèi)結(jié)構(gòu)精加工成活，有同心度要求的孔，還要焊合后再用鏜床或加工中心加工成活。加工周期很長，效率很低。有了激光切割機省去了剪板機和氣割甚至鏜床或加工中心，絕大部分板件都能在激光切割機上一次成形，直接進行焊接合套，只有很少一些同心度要求很高的孔，需要焊結(jié)成箱體后精加工孔。這樣減少了設備種類，減少了工序，縮短了工期，提高了效率。使板焊結(jié)構(gòu)的機架、箱體代替鑄鐵結(jié)構(gòu)的機架、箱體成為可能。實現(xiàn)了紡機零件的以“焊”代“鑄”。由此帶來的好處就是：減輕了工人的勞動強度，改善了公司的工作環(huán)境，減少了環(huán)境污染。在新產(chǎn)品試制方面：大大加快了研發(fā)進度，節(jié)省了模具投入，降低了成本。
　　3.2　縮短了新產(chǎn)品制造周期
　　我公司沒有激光切割機之前，厚3mm以下薄板加工只能用剪板機剪出外形，板面內(nèi)所有結(jié)構(gòu)都要通過沖模在沖床上完成。即使是一個非標準的墊圈零件也要出模具，否則不能加工。應用激光切割機后，中、小批量零件加工完全不要模具，只有大量件才需考慮沖模在沖床上加工。特別是新產(chǎn)品試制，數(shù)量小，結(jié)構(gòu)不確定、隨時會改動，根本不能出模具，激光切割機大大縮短了新產(chǎn)品制造周期，減少了模具投入。
　　3.3　大幅度提高加工效率
　　激光切割機使我公司厚度4mm以上鋼板的加工效率大大提高。由于沖床噸位的制約，我公司厚度4mm以上鋼板不能放在沖床上沖裁加工，只能用氣割粗加工，再用機加工設備精加工成活，這樣的結(jié)果是：浪費材料、增加工序、生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)效率低、成本增加。應用激光切割機后，厚度4mm以上鋼板只要不是精度特別高的尺寸，都能直接切割成活，比氣割的效率還高，精度還好，變形也小，省去了機加工工序。
　　總之，激光切割機具有的諸多優(yōu)點，使它已經(jīng)在許多領域中獲得了非常廣泛地應用。展望未來，激光切割機也必然會獲得更好的發(fā)展前