前言

工廠投入二百多萬元購(gòu)置的激光切割機(jī)，主要應(yīng)用在鈑金件及中厚板加工，其優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用范圍廣，加工尺寸精度較高。不同材質(zhì)、不同厚度的金屬和非金屬都可以加工，特別是在曲線和小批量異形件加工中有較大優(yōu)勢(shì)。由于激光切割機(jī)固定資產(chǎn)價(jià)值大，在使用過程中，如何提高激光加工的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，是在生產(chǎn)中需要解決的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。日前，公司為專業(yè)汽車板材加工公司新開發(fā)的L11K激光切割件，是轎車沖壓用的板材件。此件生產(chǎn)工藝是在用激光切割外形后，與不同厚度的高強(qiáng)度板材激光焊接在一起，再進(jìn)行沖壓加工，以達(dá)到既保證零件局部強(qiáng)度，又能節(jié)約材料，減輕零件重量的目的。

L11K激光切割件技術(shù)要求

此件每月產(chǎn)量大約4000件左右，要求的交貨期較短，產(chǎn)品加工精度要求高，其中：

⑴切割件尺寸較大，為0.65mm×1730mm ×910mm，板料厚度較薄，易變形；

⑵切割后直線度要求在0.05mm以內(nèi)，毛刺要求在0.03mm以內(nèi)；

⑶切割后對(duì)角線要求在1.0mm以內(nèi)，平面度在1.0mm以內(nèi)；

⑷切割后對(duì)稱度要求在0.5mm以內(nèi)。

由于新增的激光切割機(jī)設(shè)備復(fù)雜程度高，特別是控制及編程部分，采用的是進(jìn)口件，全部是英文，中文操作說明書編寫過于簡(jiǎn)單，沒有提供相應(yīng)子程序的調(diào)用及修改說明。對(duì)于初次操作激光切割機(jī)，有許多操作需在實(shí)踐中進(jìn)行摸索和熟悉。

通過樣件試割，不合格情況統(tǒng)計(jì)如上圖所示。

從試割的統(tǒng)計(jì)情況可以看出，L11K激光切割件毛刺的不合格率最高。另外，存在產(chǎn)品的生產(chǎn)效率較低的問題。

原因分析

⑴由于工廠新投入的激光切割機(jī)以前從未操作過，設(shè)備復(fù)雜程度較高，雖經(jīng)廠方進(jìn)行了培訓(xùn)，但僅是一些基本功能的操作，中文操作說明書編寫又過于簡(jiǎn)單。要想加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品，有許多相關(guān)參數(shù)的調(diào)整和操作需在實(shí)踐中進(jìn)行摸索和熟悉，并且還要對(duì)機(jī)床性能有較深的了解和積累豐富的操作經(jīng)驗(yàn)才行。影響切割毛刺的主要原因有：1）激光聚焦點(diǎn)設(shè)定不當(dāng)；2）激光功率調(diào)整不當(dāng)；3）切割速度調(diào)整不當(dāng)；4）氣體壓力調(diào)整不當(dāng)。

⑵由于材料長(zhǎng)寬尺寸為（1730+7）mm×910mm，因長(zhǎng)度有7mm誤差的存在，使切割后缺口對(duì)稱度e的精度較難保證，影響激光加工的生產(chǎn)效率。

⑶在說明書中對(duì)不同材料的切割選用的切割氣體種類是不同的，對(duì)碳鋼的切割選用高純氧，對(duì)有色金屬及不銹鋼的切割選用高純氮。被切割材料SPT83BQ(日本鋼號(hào))為表面帶防銹鋅層的高強(qiáng)度碳鋼，在試割時(shí)選用純氧作為切割氣體，切割后結(jié)瘤嚴(yán)重。

⑷激光切割機(jī)是精密設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的灰塵、振動(dòng)都有一定要求。但由于目前激光切割機(jī)安裝位置在沖壓中心廠房，與下料區(qū)及鉚焊作業(yè)區(qū)相距較近，下料區(qū)的灰塵及鉚焊作業(yè)時(shí)的煙塵都較嚴(yán)重，剪板機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)也較大，對(duì)激光切割機(jī)加工精度帶來了一定的影響。

⑸相應(yīng)的尺寸精度，一方面要靠激光頭本身的運(yùn)動(dòng)精度，另一方面要通過選擇相應(yīng)的刀具補(bǔ)償量來消除激光割縫產(chǎn)生的誤差。

通過以上的分析調(diào)查，影響激光切割質(zhì)量的主要原因是：⑴切割參數(shù)的調(diào)整不合理；⑵材料切割氣體選用不當(dāng)；⑶現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的灰塵、振動(dòng)的影響；⑷激光割嘴所對(duì)應(yīng)的相應(yīng)刀具補(bǔ)償量。

影響加工生產(chǎn)效率的主要原因是：⑴板料長(zhǎng)度誤差影響對(duì)稱度定位加工效率；⑵最佳切割路徑的選擇。

技術(shù)改進(jìn)對(duì)策及實(shí)施

⑴確定激光聚焦點(diǎn)位置參數(shù)：通過比較激光聚焦點(diǎn)在厚度為0.65mm材料不同位置的切割質(zhì)量，確定聚焦點(diǎn)在板厚中心位置時(shí)，切割后質(zhì)量最好。

⑵確定激光功率及切割速度匹配參數(shù)：通過多次反復(fù)進(jìn)行調(diào)試比較，將切割速度由原來的3m/min提高到較高的5m/min的工作狀態(tài)，相匹配的激光功率提高到1200W，能夠保證切割后質(zhì)量。

⑶確定氣體壓力匹配參數(shù)在較高的切割速度5m/min下，氣壓的穩(wěn)定對(duì)切割毛刺影響較大，氣壓波動(dòng)的最大范圍應(yīng)控制在（1.0±0.2）MPa之間，方能保證切割后的質(zhì)量。

⑷確定材料SPT83BQ切割用的氣體。

按操作說明書，碳鋼切割氣體采用純氧，但SPT83BQ為表面帶有鋅合金防銹層的高強(qiáng)度碳鋼，由于材料表面的鋅合金熔點(diǎn)低，導(dǎo)致氧化結(jié)瘤嚴(yán)重。經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)后決定按不銹鋼切割模式采用99.999%純氮?dú)膺M(jìn)行切割，切割后毛刺能達(dá)到顧客要求。

⑸確定最高生產(chǎn)效率下的切割路徑。

為了提高生產(chǎn)效率，通過手工修改切割路徑程序，節(jié)約1min。

⑹設(shè)計(jì)、制造快速定位工裝。

為保證切割后對(duì)稱度的要求，并能實(shí)現(xiàn)快速高效定位，減少因板料長(zhǎng)度誤差而進(jìn)行調(diào)整的時(shí)間，提高加工效率，設(shè)計(jì)制造了快速定位工裝。

效果檢查

對(duì)策實(shí)施后，對(duì)L11K激光切割件連續(xù)生產(chǎn)2000件的質(zhì)量情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。通過統(tǒng)計(jì)，雖然切割毛刺的合格率為99.6%，比以前有較大程度的提高，但通過分析，主要是因?yàn)楝F(xiàn)在采用的是5.3m3/瓶的純氮?dú)?，每瓶氮?dú)饪煊猛陼r(shí)，由于氣壓下降，操作者又沒能及時(shí)對(duì)氣瓶氣壓作好監(jiān)控，造成切割毛刺變大。另外，由于用氮?dú)馇懈顣r(shí)，氮?dú)獾南牧枯^大，每割15件左右就需要更換一瓶氮?dú)猓科康獨(dú)飧鼡Q時(shí)間約占7min左右，每天換氣就占用49min時(shí)間，且現(xiàn)場(chǎng)氣瓶堆積較多，嚴(yán)重占用場(chǎng)地，生產(chǎn)效率仍然達(dá)不到每月4000件的產(chǎn)量。

制定改進(jìn)措施

⑴為減少換瓶占用的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，采用120kg/罐的液態(tài)氮，每罐液態(tài)氮相當(dāng)于5.3m3/瓶純氮?dú)?0瓶。

⑵為解決液態(tài)氮在氣化時(shí)罐體表面結(jié)冰嚴(yán)重的問題，導(dǎo)致氣化量跟不上切割時(shí)的氣體消耗量，現(xiàn)將兩罐液態(tài)氮并聯(lián)起來使用，能夠滿足使用要求。

⑶修改切割程序中的子程序，關(guān)閉空行程時(shí)氮?dú)饪刂崎y，節(jié)約氣體的消耗。

⑷加強(qiáng)對(duì)氣罐氣壓的監(jiān)控，每切割100件檢查一次氣罐壓力。

改進(jìn)后效果

在改進(jìn)措施實(shí)施后，L11K激光切割件的質(zhì)量比較穩(wěn)定，每月產(chǎn)量穩(wěn)定在4000?5000件。最終檢驗(yàn)合格率達(dá)到99.9%。并且由于采用大罐液態(tài)氮代替小瓶氮?dú)?，每大罐液氮可?00件左右，而小瓶純氮只能割15件，由液氮代替氮?dú)?，每件可?jié)約氮?dú)庀某杀?元左右。且由于修改數(shù)控子程序，關(guān)閉空行程時(shí)氮?dú)庀?，又可每件?jié)約0.12元。使更換氣體頻次由每天7次降到2天一次。每年可為公司節(jié)約成本70余萬元。

結(jié)束語

通過這次L11K項(xiàng)目開發(fā)及攻關(guān)，從中積累了不少的經(jīng)驗(yàn)。激光切割的質(zhì)量還與許多因素有關(guān)，除了以上因素，還與噴嘴直徑的選用、噴嘴離材料的距離，噴嘴與光束的同軸度、鏡片的表面潔凈度、激光Y軸飛行恒光路的光斑調(diào)整、激光光路的保護(hù)氣體的純凈度等有關(guān)。雖然針對(duì)L11K薄板鈑金件激光切割的質(zhì)量問題得到了解決，但在加工中厚板及不銹鋼板材方面仍需進(jìn)一步積累加工經(jīng)驗(yàn)。