激光切割技術(shù)在薄板下料中的應(yīng)用

激光切割技術(shù)在薄板下料中的應(yīng)用

1激光切割生產(chǎn)設(shè)備與其他加工方法相比，激光切割具有高重復(fù)性，但切割速度快，生產(chǎn)工藝準(zhǔn)確，切割后截面光滑，對(duì)材料沒(méi)有損傷，適用于各種材料的切割。激光切割在薄板成型時(shí),通過(guò)對(duì)程序的調(diào)整,可實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜的三維工件上進(jìn)行開(kāi)孔、切割動(dòng)作,用其替代復(fù)雜的沖孔、切割模具,能明顯降低生產(chǎn)制造成本及縮短生產(chǎn)周期因此,目前激光切割已廣泛地應(yīng)用于城市軌道車輛制造、汽車工業(yè)制造及航空等行業(yè)中。在大連地鐵的備料生產(chǎn)中,板厚16mm以下的碳鋼、不銹鋼材質(zhì)的形件用料和板件用料都是由激光切割完成。在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)考慮如何優(yōu)化激光切割工藝,提高生產(chǎn)過(guò)程中板材利用率,縮短切割延米長(zhǎng)度,從而實(shí)現(xiàn)提高工件質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐探索激光切割路徑的優(yōu)化和工件的公用邊排樣技術(shù)是激光切割減少?gòu)U料的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)。2激光切割技術(shù)的困難分析和技術(shù)要求2.1激光切割工藝激光切割過(guò)程中切割路徑的選擇是激光切割中一大難點(diǎn),它直接影響切割后工件質(zhì)量及生產(chǎn)效率。首先,切割路徑排序直接決定激光器行走的路線,切割路線過(guò)于集中時(shí),熱輸入量大造成板材變形,影響切割后工件尺寸精度,切割路線跳躍性大,切割時(shí)間明顯增大,在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)考慮工件尺寸技術(shù)要求及切割時(shí)間,制定合理的切割路徑。其次,激光切割過(guò)程中同種板厚、同種材質(zhì)的同種零件組合、異種零件嵌套的公用邊搭邊組合,單個(gè)零件之間的間隙≤5mm時(shí),切割順序是否合理直接影響著激光切割設(shè)備能否正常運(yùn)行和切割后工件的尺寸精度。切割順序不當(dāng),嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成激光切割設(shè)備故障。標(biāo)記線和切割線不正確交替,往往導(dǎo)致切件成刻件,刻孔成開(kāi)孔,使切割工作無(wú)法進(jìn)行。2.2切割技術(shù)的工藝要求2.2.1選擇直線段退火激光切割工件時(shí),無(wú)論內(nèi)外輪廓,起火時(shí)應(yīng)盡可能選擇直線段起火,以確保弧線的曲率和準(zhǔn)確率。當(dāng)內(nèi)外輪廓皆為圓孔或其它不規(guī)則曲線時(shí),則選擇相對(duì)無(wú)用邊起火,以保證必用邊外形形狀及尺寸。2.2.2托料板內(nèi)應(yīng)力釋放后工件無(wú)法進(jìn)入加工首先,加工各單個(gè)工件內(nèi)部的切割線,最后加工單個(gè)工件的外輪廓。先加工單個(gè)工件外輪廓,由于板材內(nèi)應(yīng)力釋放后工件變形,工件脫離托料板發(fā)生移位,造成工件內(nèi)部加工尺寸產(chǎn)生偏差。對(duì)加工工件進(jìn)行公用邊處理時(shí),應(yīng)根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選擇合理的位置進(jìn)行處理,并將公用邊作為內(nèi)部切割線進(jìn)行處理。2.2.3跳躍式切割路線進(jìn)行激光切割時(shí),若工件內(nèi)部加工位置比較密集時(shí),若按順序進(jìn)行切割,會(huì)造成工件局部如熱輸入量過(guò)大,造成工件變形從而影響加工工件的尺寸精度,這種情況下,為避免造成工件尺寸偏差,采用跳躍式切割路線。3激光切割技術(shù)的優(yōu)化3.1公共邊緣的激光切割3.1.1公用邊切割工藝公用邊切割是指在原始板材范圍內(nèi),將外輪廓規(guī)則的工件通過(guò)公用線條的方式組合成一個(gè)復(fù)雜的單個(gè)工件的切割路徑優(yōu)化方法,其中公用線條稱為公用邊。首先,將通過(guò)公用邊連接而成的復(fù)雜工件外輪廓連接成封閉線,然后工件原始的內(nèi)部輪廓線連接成封閉線,將公用邊作為標(biāo)記線處理,最后,為這個(gè)復(fù)雜工件制定合理的切割路線,生成激光切割程序。公用邊切割是將整個(gè)板件看成一個(gè)復(fù)雜的零件進(jìn)行編輯,切割效率高,有效節(jié)約板材。但在編程前的圖形處理的工作量較大,在路徑優(yōu)化上需要進(jìn)行繁瑣的順序研究,在圖形上進(jìn)行手動(dòng)路徑修改,正確更改線條的參數(shù),按照修改后的切割路線,生成激光切割程序。3.1.2切割工藝試驗(yàn)大連地鐵頂棚小件骨架吊組成上的筋板如圖1所示,該工件主要使用于安裝二次骨架吊,用量較大。在該工件的切割過(guò)程中,進(jìn)行了同種零件公用邊組合的激光切割工藝實(shí)踐。正常排料方式與公用邊排料方式的比較為了確定合理的切割工藝,在生產(chǎn)過(guò)程中,對(duì)此工件采用了正常的排料方式和公用邊排料方式,通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行對(duì)比。在該零件切割試驗(yàn)中,選取兩塊600mm×450mm的板料,在上面采用不同的排料方式,正常激光切割工件的排料方式見(jiàn)圖a;公用邊排料方式見(jiàn)圖b。經(jīng)過(guò)計(jì)算后得出表1中現(xiàn)實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。按表1可見(jiàn),對(duì)于此試驗(yàn),相同面積原材料,采用公用邊切割獲得工件數(shù)量是正常排料方式切割的1.5倍,采用公用邊與正常排料方式切割同樣數(shù)量的工件,激光器行走路徑減少2m?？梢?jiàn),公用邊切割工藝能提高生產(chǎn)效率及原材料利用率。3.2工件外邊緣使用的切割所謂零搭邊切割,是指激光切割時(shí)不考慮切割工件外邊緣,直接將板材的外邊緣當(dāng)做工件外邊緣使用,進(jìn)而減少切割中對(duì)板材的浪費(fèi)的一種切割方式。圖3為大連地鐵頂棚裝配時(shí)使用的支撐梁,工件尺寸與板材相符,因此在切割過(guò)程中,只設(shè)定切割工件內(nèi)部的長(zhǎng)孔及直線段,而不切割外邊緣,長(zhǎng)孔切割完畢后,工件也就成形