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东莞市大汉激光机械设备有限公司

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激光切割薄板的提质与增效

发布时间:2017/11/7     信息来源:   作者:激光切割机    0

通过优化切割参数、调整子程序和新增辅助工装,提高激光切割机在薄板加工中的质量和生产效率。

新购置的激光切割机,主要应用于钣金件及中厚板产品的加工,其优点是应用范围广,加工精度较高,不同材质、不同厚度的金属和非金属都可以加工,特别是在曲线加工和小批量异形零件加工中有较大优势。由于激光切割机固定资产价值大,在使用过程中如何提高激光加工的生产效率和加工质量,降低生产成本,是现场需要解决的一个重要环节。公司为专业汽车板材配套公司加工的L11K激光切割件,是轿车车门用材料,该件先用激光切割出外形后,与不同厚度的高强度板材激光焊接在一起,再进行冲压成形加工,以达到既能减轻部件重量,提高材料利用率,又能满足部件局部强度的要求。

L11K激光切割件的技术要求

此件每月产量大约4000件,交货期较短,产品加工精度要求高,如图1所示,其中:

⑴切割件尺寸较大,为0.65mm×1730mm× 910mm,板料厚度较薄,易变形;

 

图1 LIIK激光切割件示意图

⑵切割后直线度a要求在0.05mm以内,毛刺b要求在0.03mm以内;

⑶切割后对角线c要求在1.0mm以内,平面度d要求在1.0mm以内;

⑷切割后对称度e要求在0.5mm以内。

由于新购置的激光切割机设备复杂程度高,特别是控制及编程部分,采用的是进口件,中文操作说明书编写过于简单,没有提供相应子程序的调用及修改说明,在初期操控激光切割机时,有许多方面需在实践中进行摸索和熟悉。

 

图2 切割样件的不良情况

通过样件试割,产品不良情况统计如图2所示。从试割的统计情况可以看出,在L11K激光切割件品质不良问题中毛刺超差所占的比率最高,其次是对称度,另外还存在产品生产效率低的问题。

原因分析

⑴由于激光切割机为新购进的设备,要想加工出高质量的产品,需熟悉相关参数的调整,还要对机床性能有较深的了解和有丰富的操作经验。影响切割毛刺的主要原因有:1)激光聚焦点设置不当;2)激光功率调整不当;3)切割速度调整不当;4)气体压力调整不当。

⑵由于材料长宽尺寸为1730mm×910mm,因长度有7mm误差的存在,使切割后对称度e的精度较难保证,并影响到激光加工的生产效率。

⑶在说明书中,切割不同材料所选用的切割气体是不同的,对碳钢切割选用高纯氧,对有色金属及不锈钢切割选用高纯氮。被切割材料是SPT83BQ(日本钢号),为表面有锌合金防锈层的高强度碳钢,在试割时选用纯氧作为切割气体,结果切割断面结瘤情况严重。

⑷激光切割机是精密设备,对现场环境的灰尘、振动都有一定要求。由于目前激光切割机安装位置在冲压中心厂房,与下料区及铆焊作业区相距较近,下料区的灰尘及铆焊作业时的烟尘都较严重,剪板机工作时的振动也较大,对激光切割机加工精度都会带来一定影响。

⑸加工的尺寸精度,一方面依靠激光切割头自身的运动精度,另一方面要通过选择相应的补偿量来消除割缝尺寸误差。

通过以上的分析得出,影响激光切割质量的主要原因是:⑴切割参数的调整不合理;⑵材料切割气体选用不当;⑶激光割缝所对应的补偿量选用不当。

影响切割生产效率的主要原因是:⑴板料长度误差;⑵最佳切割路径的选择。

技术改进对策及实施

对策一:确定最佳切割参数

⑴确定激光聚焦点位置参数。

通过调试比较激光聚焦点在材料厚度为0.65mm的不同位置的切割质量,确定聚焦点在板厚中心位置时,切割断面的质量最好。

⑵确定激光功率及切割速度匹配参数。

通过多次反复调试,将切割速度由原来的3m/min提高到5m/min的工作状态,相匹配的激光功率提高到1200W,能够保证切割后质量满足要求。

⑶确定气体压力匹配参数。

在5m/min的切割速度下,气压的稳定对切割毛刺影响较大,气压波动的最大范围应控制在(1.0±0.2)MPa之间,方能保证切割后的质量满足要求。

对策二:确定切割材质为SPT83BQ钢板的切割气体

按操作说明书,碳钢切割气体采用纯氧,但SPT83BQ为表面带有锌合金防锈层的高强度碳钢,由于材料表面的锌合金熔点低,导致氧化结瘤严重。经试验后,决定按不锈钢切割模式采用99.999%纯氮气进行切割,切割后毛刺能达到用户要求。

对策三:确定最优切割路径

机器默认的切割路径如图3所示,通过手工修改程序,切割路径得以优化,如图4所示,从而使切割时间节约1分多钟。

 

图3 机器默认的切割路径

 

图4 手动修改的切割路径

对策四:设计、制造快速定位工装

为保证切割后对称度的要求,并能实现快速高效定位,减少因板料长度误差而进行调整的时间,提高生产效率,设计制作快速定位工装,如图5所示。

实施效果检查

对策实施后,对L11K激光切割件连续生产2000件后的质量情况进行统计,如表1所示。

表1 改善后的质量切割情况



图5 快速定位工装

通过以上统计情况来看,切割毛刺的合格率为99.6%,比试制时有较大程度的提高,但在实际作业中发现,由于生产时采用的切割气体是5.3m3/瓶的纯氮气,当每瓶氮气快用完时,由于气压下降,操作者要及时对切割气压进行调整,否则就会出现切割毛刺变大的情况。另外,由于采用氮气切割时,氮气的消耗量较大,每切割15件左右就需要更换一瓶氮气,每瓶氮气更换时间约占7min,每天换气就占用49min时间,生产效率低,并且现场气瓶堆积较多,严重占用生产场地。

制定改进措施

⑴为减少换瓶占用的时间,提高生产效率,决定采用120kg/罐的液态氮,每罐液态氮相当于20瓶5.3m3/瓶纯氮气。

⑵为解决液态氮在气化时罐体表面结冰严重,导致气化量跟不上切割时气体消耗量的问题,考虑增加一套气化器,并将两罐液态氮并联使用,以满足生产需要。

⑶修改切割程序中的子程序,关闭空行程时氮气控制阀,节约气体的消耗。

⑷加强对气瓶气压的监控,规定每切割100件检查一次气瓶压力。

改进后的实施效果

在改进措施实施后,L11K激光切割件的切割质量比较稳定,每月产量稳定在4000~5000件,最终检验合格率达到99.9%。由于采用大罐液态氮代替小瓶氮气,每大罐液氮可割300件左右,而小瓶纯氮只能割15件,每件可节约氮气2元左右。且由于修改数控子程序,关闭空行程时氮气消耗,又可使每件节约0.12元。更换气体频次也由每天7次降到2天一次,一年可节约制造成本10万余元。

结束语

通过L11K项目的开发及攻关,从中积累了不少激光切割的生产经验。在激光加工中,切割质量除与上述因素有关外,还和喷嘴直径、喷嘴与加工件的距离、喷嘴与光束的同轴度、镜片的表面洁净度、激光Y轴飞行恒光路的光斑调整、激光光路中保护气体的纯净度等众多因素有关。虽然此次解决了L11K薄板件激光加工中存在的问题,但在针对不同材质及板厚材料的加工方面仍需进一步积累经验。

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