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節，這些優點已經被許多制造企業關注，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節便能夠對各種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換為熱能，在極短的時間內(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。
　　相對于傳統的切割工藝，激光切割技術具有明顯的優勢，主要表現：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、整體切割質量非常好；切割過程中沒有傳統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小；具有很大的切割范圍，在切割形狀方面也不存在限制，更加容易實現數控化；省去了傳統切割方式中存在的器具磨損問題，切割成本更低、生產效率更高。激光切割機還具有一個傳統切割工藝不具備的技術優勢，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點，它目前已經在機械加工、航空航天、汽車工業、醫藥工業、食品工業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
　　我公司是專業生產紡織機械的企業，主要生產粗紗機和絡筒機兩大系列產品。公司所用激光切割機由日本三菱公司生產，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，具有優化排料等輔助功能。優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化排列，優化排料功能略去了薄板切割時的開料環節，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，加工效率和材料節能效果均非常突出。
　　第二，縮短了新產品的開發周期，模具應用數量大幅度降低。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，不僅模具的設計和制造需要周期，而且目前許多新產品的鈑金加工通常是小批量生產，模具使用一次便失去價值，費時又不經濟。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量高，而且沒有模具環節，生產時間短，生產效率高，適合小批量生產，對于產品開發周期日益縮短的市場環境也是有力的保障。
　　3　激光切割技術在應用中表現的實際優勢
　　3.1　實現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，我公司產品用的機架、箱體等基礎的支撐零件，全部是鑄鐵件。它的優點是結構穩定、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，環境污染大，工人勞動強度高。20世紀80年代以后，隨著設計理念的變化，幾十年生產一種產品的模式被打破，鋼板焊接結構的機架、箱體在絡筒機和針梳機產品中出現。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結構，再用鏜床或加工中心將板面內結構精加工成活，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。使板焊結構的機架、箱體代替鑄鐵結構的機架、箱體成為可能。實現了紡機零件的以“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境，減少了環境污染。在新產品試制方面：大大加快了研發進度，節省了模具投入，降低了成本。
　　3.2　縮短了新產品制造周期
　　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，板面內所有結構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。特別是新產品試制，數量小，結構不確定、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，這樣的結果是：浪費材料、增加工序、生產周期長、生產效率低、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點，使它已經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展前