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激光切割厚闆的幾大問題

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激光切割厚闆的幾大問題

發布日期:2016-11-16 作者: 點擊:


激光加工作為一種先進的材料切割手段,已經越來越為钣金生産者所接受。随着計算機控制技術和光學技術的不斷進步,人們對于其加工能力的期待也越來越高,這種期待不僅僅是對能夠切,更是對切 得好和切得快的期待。而能給予回答的當然離不開加工機的性能,同時被加工材料優劣也直接影響回答的效果。 

激光加工起步較早的歐美和日本,在上世紀80年代開始由激光加工機生産廠商對鋼材生産提出了具體的質量要求,從而有了區别于普通鋼材但價格偏高的激光專用 鋼材。而随着激光加工成為主要的切割手段被接受後,25mm以下普通鋼闆就以激光專業材料作為标準材料了。然而,由于中國的發展太快,鋼材生産來不及适 應,就有了中國鋼材與進口鋼材之分。其主要區别在于鋼材中雜質含量和對鋼材表面的處理以及運輸保管等一系列原因,造成了中國闆材切割難的現狀 

當今中國的粗鋼産量不僅是世界第一,更是超過了全球産量的50%,發展中國家甚至一些像澳洲韓國等發達國家為節約成本也在大量使用中國闆材,因此與其期待中國鋼材來适應激光切割不如研究和提出能夠優質地加工劣質材料的方法和提案。本文提出其中的一些思考以抛磚引玉。

【在中厚闆加工中遇到的問題】 

1. 碳鋼厚闆穿孔問題 在厚闆加工中穿孔時間占很大比重,各激光廠商紛紛開發了快速穿孔的技術,較為有代表性的是高能穿孔(炸孔),這種方法的優點是速度快(1秒,以t16mm 為例—以下相同),但缺陷是不僅影響對小形狀的加工,穿孔時注入的巨大能量使闆材溫度升高進而影響接下來的整體切割過程。而用小功率脈沖進行穿孔的話,時 間就很長(12秒),會導緻切割的效率下降和單位成本的提高。

2. 切割面品質問題 示出了加工中厚闆時經常會遇見的切割斷面,這樣的切割不僅成品質量受到質疑,還會伴随着過燒和嚴重的粘渣出現,以緻體現不出高價的激光加工機區别于其他切割手段的價值。 

3. 整闆加工穩定性問題 在對國産鋼材的整闆加工中,經常會出現局部區域加工不良的現象。這種現象有時很随機,即使在加工機狀态良好的情況下也會出現。為了處理局部故障品而大大地影響了整個工作進度,這裡對此不明原因的加工失敗也給出一些筆者的分析和對策提案。

【針對上述問題的解決方案】

高峰穿孔(HPP)方案 顧名思義就是利用占空比小的高峰值脈沖激光,輔以噴射在材料表面上的不燃油以清除開孔邊緣附着物,控制脈沖的合理頻率邊冷卻邊穿孔。其特點是相對炸孔雖然 時間稍長(3秒),但穿出的孔徑小(約φ4mm)且開孔邊緣無附着物以及入熱較低,便于接下來的正常切割加工,相比普通穿孔則效率提高了4倍。

2. 切割斷面改善方案 對于碳鋼來說改善切割斷面的重要因素是控制對闆材的入熱并能保證激光照射部分的充分燃燒。三菱電機開發的K-CUT加工條件較好的完成了這一使命。圖4. 是在同一塊國産闆材上用傳統條件和K-CUT條件進行切割的效果比較。而對于不鏽鋼來說改善切割斷面的重要因素則是光束的改良(改善焦深)與輔助氣體的有 效利用。亮面切割技術就是改善了發振器和噴嘴所得到的結果。 

3. 保證加工穩定性的方案 當前為了提高加工機的運行速度,激光機多采用俗稱飛行光路的結構,即材料托盤不動而加工頭在整個可加工區域内運動的形式。而為了補償加工頭與光源相對位置 的變化,各廠商也盡可能保證光斑在加工範圍内的一緻性,使用曲率可變折射鏡是普遍選擇的方式。這種方法雖然結構簡單卻會改變焦深,使在對焦深極為敏感的中 厚闆切割時會顯得力不從心(既要保持光斑不變又要保持焦深不變)。三菱電機采用的等長光路方式(在可加工範圍内光源與加工頭之間光傳播路徑等長)可避免焦 深變化,從而使光斑和焦深都保持一緻。另外對入熱的重視使闆材積累的熱量得到控制,較好地解決了穩定性問題。

認真對待加工中出現的問題,研究其産生的機理,尋找結局問題的方案。通過對傳統激光技術的一系列探索和改良,針對較為複雜的中厚闆切割開發了新的技術并将其應用到eX PLUS、RX、XL等各系列産品中,滿足了客戶在加工國産中厚闆材料中的實際需求,從而大大提高了生産效率。我們還将進一步努力探索更新的技術,解決更多加工中的疑難問題,服務于廣大應用者。


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