激光切割技术在薄板下料中的应用

激光切割技术在薄板下料中的应用

1激光切割生产设备与其他加工方法相比，激光切割具有高重复性，但切割速度快，生产工艺准确，切割后截面光滑，对材料没有损伤，适用于各种材料的切割。激光切割在薄板成型时,通过对程序的调整,可实现在复杂的三维工件上进行开孔、切割动作,用其替代复杂的冲孔、切割模具,能明显降低生产制造成本及缩短生产周期因此,目前激光切割已广泛地应用于城市轨道车辆制造、汽车工业制造及航空等行业中。在大连地铁的备料生产中,板厚16mm以下的碳钢、不锈钢材质的形件用料和板件用料都是由激光切割完成。在生产实际中应考虑如何优化激光切割工艺,提高生产过程中板材利用率,缩短切割延米长度,从而实现提高工件质量及降低生产成本。经过长期的实践探索激光切割路径的优化和工件的公用边排样技术是激光切割减少废料的关键技术和难点。2激光切割技术的困难分析和技术要求2.1激光切割工艺激光切割过程中切割路径的选择是激光切割中一大难点,它直接影响切割后工件质量及生产效率。首先,切割路径排序直接决定激光器行走的路线,切割路线过于集中时,热输入量大造成板材变形,影响切割后工件尺寸精度,切割路线跳跃性大,切割时间明显增大,在实际生产中应考虑工件尺寸技术要求及切割时间,制定合理的切割路径。其次,激光切割过程中同种板厚、同种材质的同种零件组合、异种零件嵌套的公用边搭边组合,单个零件之间的间隙≤5mm时,切割顺序是否合理直接影响着激光切割设备能否正常运行和切割后工件的尺寸精度。切割顺序不当,严重时会造成激光切割设备故障。标记线和切割线不正确交替,往往导致切件成刻件,刻孔成开孔,使切割工作无法进行。2.2切割技术的工艺要求2.2.1选择直线段退火激光切割工件时,无论内外轮廓,起火时应尽可能选择直线段起火,以确保弧线的曲率和准确率。当内外轮廓皆为圆孔或其它不规则曲线时,则选择相对无用边起火,以保证必用边外形形状及尺寸。2.2.2托料板内应力释放后工件无法进入加工首先,加工各单个工件内部的切割线,最后加工单个工件的外轮廓。先加工单个工件外轮廓,由于板材内应力释放后工件变形,工件脱离托料板发生移位,造成工件内部加工尺寸产生偏差。对加工工件进行公用边处理时,应根据工件的结构特点,选择合理的位置进行处理,并将公用边作为内部切割线进行处理。2.2.3跳跃式切割路线进行激光切割时,若工件内部加工位置比较密集时,若按顺序进行切割,会造成工件局部如热输入量过大,造成工件变形从而影响加工工件的尺寸精度,这种情况下,为避免造成工件尺寸偏差,采用跳跃式切割路线。3激光切割技术的优化3.1公共边缘的激光切割3.1.1公用边切割工艺公用边切割是指在原始板材范围内,将外轮廓规则的工件通过公用线条的方式组合成一个复杂的单个工件的切割路径优化方法,其中公用线条称为公用边。首先,将通过公用边连接而成的复杂工件外轮廓连接成封闭线,然后工件原始的内部轮廓线连接成封闭线,将公用边作为标记线处理,最后,为这个复杂工件制定合理的切割路线,生成激光切割程序。公用边切割是将整个板件看成一个复杂的零件进行编辑,切割效率高,有效节约板材。但在编程前的图形处理的工作量较大,在路径优化上需要进行繁琐的顺序研究,在图形上进行手动路径修改,正确更改线条的参数,按照修改后的切割路线,生成激光切割程序。3.1.2切割工艺试验大连地铁顶棚小件骨架吊组成上的筋板如图1所示,该工件主要使用于安装二次骨架吊,用量较大。在该工件的切割过程中,进行了同种零件公用边组合的激光切割工艺实践。正常排料方式与公用边排料方式的比较为了确定合理的切割工艺,在生产过程中,对此工件采用了正常的排料方式和公用边排料方式,通过实际生产进行对比。在该零件切割试验中,选取两块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见图a;公用边排料方式见图b。经过计算后得出表1中现实的试验数据。按表1可见,对于此试验,相同面积原材料,采用公用边切割获得工件数量是正常排料方式切割的1.5倍,采用公用边与正常排料方式切割同样数量的工件,激光器行走路径减少2m。可见,公用边切割工艺能提高生产效率及原材料利用率。3.2工件外边缘使用的切割所谓零搭边切割,是指激光切割时不考虑切割工件外边缘,直接将板材的外边缘当做工件外边缘使用,进而减少切割中对板材的浪费的一种切割方式。图3为大连地铁顶棚装配时使用的支撑梁,工件尺寸与板材相符,因此在切割过程中,只设定切割工件内部的长孔及直线段,而不切割外边缘,长孔切割完毕后,工件也就成形