提高激光切割在鈑金加工中的質量和生產效率柳州激光切割

前言

工廠投入二百多萬元購置的激光切割機，主要應用在鈑金件及中厚板加工，其優(yōu)點是應用范圍廣，加工尺寸精度較高。不同材質、不同厚度的金屬和非金屬都可以加工，特別是在曲線和小批量異形件加工中有較大優(yōu)勢。由于激光切割機固定資產價值大，在使用過程中，如何提高激光加工的生產效率和加工質量，降低生產成本，是在生產中需要解決的一個重要環(huán)節(jié)。日前，公司為專業(yè)汽車板材加工公司新開發(fā)的L11K激光切割件，是轎車沖壓用的板材件。此件生產工藝是在用激光切割外形后，與不同厚度的高強度板材激光焊接在一起，柳州激光切割再進行沖壓加工，以達到既保證零件局部強度，又能節(jié)約材料，減輕零件重量的目的。

L11K激光切割件技術要求

此件（圖1）每月產量大約4000件左右，要求的交貨期較短，產品加工精度要求高，其中：

⑴切割件尺寸較大，為0.65mm×1730mm鈑×910mm，板料厚度較薄，易變形；

⑵切割后直線度a要求在0.05mm以內，毛刺要求在0.03mm以內；

⑶切割后對角線c要求在1.0mm以內，平面度在1.0mm以內；

⑷切割后對稱度e要求在0.5mm以內。

由于新增的激光切割機設備復雜程度高，特別是控制及編程部分，采用的是進口件，全部是英文，中文操作說明書編寫過于簡單，沒有提供相應子程序的調用及修改說明。對于初次操作激光切割機，柳州激光切割有許多操作需在實踐中進行摸索和熟悉。

通過樣件試割，不合格情況統(tǒng)計如圖2所示。

從試割的統(tǒng)計情況可以看出，L11K激光切割件毛刺的不合格率最高。另外，存在產品的生產效率較低的問題。

原因分析

⑴由于工廠新投入的激光切割機（圖3）以前從未操作過，設備復雜程度較高，雖經廠方進行了培訓，但僅是一些基本功能的操作，中文操作說明書編寫又過于簡單。要想加工出高質量的產品，有許多相關參數(shù)的調整和操作需在實踐中進行摸索和熟悉，并且還要對機床性能有較深的了解和積累豐富的操作經驗才行。影響切割毛刺的主要原因有：1）激光聚焦點設定不當；2）激光功率調整不當；3）切割速度調整不當；4）氣體壓力調整不當。

⑵由于材料長寬尺寸為（1730+7）mm×910mm，因長度有7mm誤差的存在，使切割后缺口對稱度e的精度較難保證，影響激光加工的生產效率。

圖3 鈑激光切割機

⑶在說明書中對不同材料的切割選用的切割氣體種類是不同的，對碳鋼的切割選用高純氧，對有色金屬及不銹鋼的切割選用高純氮。被切割材料SPT83BQ(日本鋼號)為表面帶防銹鋅層的高強度碳鋼，在試割時選用純氧作為切割氣體，切割后結瘤嚴重。

⑷激光切割機是精密設備，對現(xiàn)場環(huán)境的灰塵、振動都有一定要求。但由于目前激光切割機安裝位置在沖壓中心廠房，與下料區(qū)及鉚焊作業(yè)區(qū)相距較近，下料區(qū)的灰塵及鉚焊作業(yè)時的煙塵都較嚴重，剪板機工作時的振動也較大，對激光切割機加工精度帶來了一定的影響。

⑸相應的尺寸精度，一方面要靠激光頭本身的運動精度，另一方面要通過選擇相應的刀具補償量來消除激光割縫產生的誤差。

通過以上的分析調查，影響激光切割質量的主要原因是：⑴切割參數(shù)的調整不合理；⑵材料切割氣體選用不當；⑶現(xiàn)場環(huán)境的灰塵、振動的影響；⑷激光割嘴所對應的相應刀具補償量。

影響加工生產效率的主要原因是：⑴板料長度誤差影響對稱度定位加工效率；⑵最佳切割路徑的選擇。

技術改進對策及實施

⑴確定激光聚焦點位置參數(shù)：通過比較激光聚焦點在厚度為0.65mm材料不同位置的切割質量，確定聚焦點在板厚中心位置時，切割后質量最好。

⑵確定激光功率及切割速度匹配參數(shù)：通過多次反復進行調試比較，將切割速度由原來的3m/min提高到較高的5m/min的工作狀態(tài)，相匹配的激光功率提高到1200W，能夠保證切割后質量。

⑶確定氣體壓力匹配參數(shù)在較高的切割速度5m/min下，氣壓的穩(wěn)定對切割毛刺影響較大，氣壓波動的最大范圍應控制在（1.0±0.2）MPa之間，方能保證切割后的質量。

⑷確定材料SPT83BQ切割用的氣體。

按操作說明書，碳鋼切割氣體采用純氧，但SPT83BQ為表面帶有鋅合金防銹層的高強度碳鋼，金屬激光切割加工由于材料表面的鋅合金熔點低，導致氧化結瘤嚴重。經實際試驗后決定按不銹鋼切割模式采用99.999%純氮氣進行切割，切割后毛刺能達到顧客要求。

⑸確定最高生產效率下的切割路徑。

由于機器默認的切割路徑如圖4所示，為了提高生產效率，通過手工修改切割路徑程序，如圖5所示，節(jié)約1min。

⑹設計、制造快速定位工裝。

為保證切割后對稱度的要求，并能實現(xiàn)快速高效定位，減少因板料長度誤差而進行調整的時間，提高加工效率，設計制造了快速定位工裝，如圖6所示。