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高功率光纤激光器对制造车间意味着什么

发布时间:2019/10/15 20:22

高功率光纤激光器对制造车间意味着什么

这不仅仅是切割厚的材料;更能减少加工时间

发表于: 2019年
2019年9
作者江苏科茂自动化有限公司

高功率激光器不仅用于厚材料,还用于各种切割需求。

制造商不必是光纤激光切割技术的专家,只需要知道,如果他们可以用4kW的激光切割6毫米的板,则可以使用8kW的激光电源更快地切割。现在想想他们可以用12千瓦光纤激光切割机做什么。15 kW呢?

这些选择对于当今的金属制造商来说是可用的,但是仅使用这些新型高功率光纤激光器仅专注于厚金属切割将是错误的。这些10千瓦,12千瓦甚至15千瓦的机器所能做的不仅仅是切割厚的材料,即使这是金属加工者在谈论这些强大的机床时首先想到的。现实情况是,大多数金属制造公司加工的金属厚度为6毫米或更薄。根本没有对诸如核反应堆之类的非常厚的特种金属进行激光切割。这些类型的应用场景并不丰富。

高功率光纤激光技术的优点是关于减少激光切割的处理时间的。这就是为什么我们看到金属制造商购买一台大功率激光切割机来替换两台甚至三台旧激光的原因。他们可以比以前更快,更便宜地从激光床切割零件。

仔细看看我们如何到达这里

直到2000年代中期,才将大功率的CO 2激光切割机视为快速有效地加工该板所必需的工具,以便为部署在阿富汗和伊拉克的美国部队车辆创建装甲套件。即兴使用的爆炸装置构成了巨大的威胁,而这些工具包以一种光秃秃的运输工具无法保护的方式保护了军事人员。

短短几年后,光纤激光技术才问世,到本世纪中期它的采用率猛增。无需担心镜子或镜片的清洁,波纹管检查和光束对准的麻烦,制造商找到了一种新的切割工具,该工具几乎不需要维护,其成本仅为运行CO 2系统成本的一半。

光纤激光器还产生的光束波长比与CO 2谐振器相关的10微米光束波长短约10倍。这种聚焦光束产生更高的功率密度,再加上该技术更高的吸收率,转化成的切割速度大大超过了CO 2激光器,特别是在材料厚度小于6毫米的情况下。

利用光纤激光技术,激光器产商可以通过增加激光产生模块来提高这些机床的功率。(在模块中,从半导体二极管发出的光在掺tter光纤中被激发,直到产生激光;所有模块都被拼接到有源光纤上,然后用于传输激光束。)这就是最近的原因。功率的上升是如此之快:从纯技术的角度来看,增加功率并不复杂。实际上,当今的光纤激光焊接系统在某些情况下可以超过100 kW。

制造商的车间没有100 kW系统的原因是光束传输系统无法处理那么多的功率。这就是为什么在切削头设计方面进行了大量研究的原因。每个激光切割系统制造商都希望生产出一种可靠的切割头,该切割头可以在恶劣的切割条件下延长时间提供光纤激光束,这在切割厚材料时很可能会发生。

近年来,那些相同的机床制造商已经开发了可在切割过程中调节光束大小的切割头光学器件。这项技术的发展推动了光纤激光切割机严格地成为切割薄板金属的工具。随着材料变厚,需要更宽的光束以产生更多的切缝,以便可以去除熔融金属。

高功率光纤激光器对制造车间意味着什么高功率光纤激光器对制造车间意味着什么制造商需要多大功率的光纤激光器?公司应该研究构成其工作量80%的典型厚度范围。如果真的很薄,则可能不需要15 kW的激光器。(即使一家工厂使用了15 kW的光纤激光器,也可以将功率降低到6 kW,并以非常快的速度和较低的成本切割这种薄材料。)

以下是一些用氮切割钢,不锈钢或铝等常见金属的一般规则:

最高9标尺-6至8 kW

6至18毫米-8至10 kW

18毫米以上-8至15 kW

请记住,配备高功率机器的制造商每小时可以生产更多零件,并且零件成本随着功率的增加而直线下降。但这仅在激光切割机足够快以最大化其功率的情况下才会发生。

快速意味着什么?

随着光纤激光切割机功率的提高,运营成本可能会上升。通常,功率加倍会使激光器的运行成本增加20%到30%。这就是为什么光纤激光器以峰值效率运行非常重要,因此可以缩短零件周期时间以抵消较高的运行成本。通过减少周期时间,制造商可以减少可变成本和固定成本的影响并提高利润率。

幸运的是,光纤激光器的切割速度很快。只需在贸易展览会上观看它们在一块钣金件上上下运动即可。不幸的是,大多数制造商都没有切割具有长直线的零件。他们正在切割小孔和独特的几何形状。在这种情况下,制造商需要快速加速才能利用机器的线性速度。

例如,以1米/秒的速度加速的1G机器很容易被2G机器超越,后者的速度是其两倍。当Gs加倍时,机器需要一半的时间和一半的距离才能达到相同的编程速度。

机器可以减速进入和加速出弯角的速度,小弧度通常比激光功率或最大机器速度对周期时间的影响更大。加速至关重要。

为了进一步说明,请考虑使用4 kW的激光对5毫米的铝进行激光切割,其切割速度约为每分钟57米。如果制造商正在切割6毫米。在使用1G机器的情况下,该4 kW激光在开始减速之前将永远不会加速至潜在的切割速度。

在讨论切削效率时,它还有助于查看快速移动速度和加速度。这涉及不使用激光时切割头的运动,这大约是每个薄片或板上切割头运动的15%到25%。提供更高的快速移动速度(大于12,000 IPM)的机器需要较高的加速度才能利用较高的快速移动速度。

充分利用平台交换

 

当然,光纤激光切割机上的处理时间与系统加载纸张或板材以及卸载切割的零件和骨架的能力密切相关。如果制造商必须等待几分钟才能发生材料移动,那么它就不会获得任何循环时间优势。

 

如今提供的许多托盘更换器都设计用于CO 2激光器,与光纤激光器相比,CO 2激光器的切割速度要慢得多。他们最有可能使用液压装置,并且可能需要35到50秒来交换一张纸。

最现代的托盘更换器依靠伺服驱动技术,可以在10秒内更换托盘。如果制造工序通常每小时更换一次板材六至十次,那么现代的托盘更换器每周可增加一到两个小时的切割时间,否则,如果使用较慢的材料处理技术,切割时间将无法实现。

装卸的自动化至关重要。可以切割并取下板材或板材并在几秒钟内更换的制造商正在从其光纤激光切割机中获得最大的产量。能够更快地切割但仍会因材料处理缓慢而导致停机的制造商无缘无故地推动了激光器。

 

在选择托盘更换器技术时,制造商应选择一种能够处理其加工的最厚,最重的材料。1英寸,5 x 10英尺 盘子重2100磅。对于大多数商店,使用2200磅重的托盘交换器。能力应该足够。超过该厚度的任何部件都需要一种重型系统,该系统旨在管理更大的负载。

适用于所有人的高功率激光器?

并非所有的金属加工商都需要大功率的激光,特别是如果它的工作量不足以装载当前的激光切割机时。例如,如果预计车间的激光切割工作量不会增加并且仅消耗一半的工作班次,那么购买功能更强大的激光以将工作量减少到四分之一班次可能不会带来良好的回报投资。

但是,如果金属制造商正在最大限度地利用当前的激光切割能力并希望增加新的转变,那么他们绝对应该考虑使用高功率激光器。如果他们使用较旧的激光技术,则尤其如此。

当今的高功率光纤激光切割机可以替代两三个旧的激光器。在制造商难以找到可靠且经验丰富的操作员的时候,他们实际上可以投资购买快速高效的激光设备,并减少所需的激光操作员数量,将其部署到车间的其他重要工作中。

如果切割头和材料处理技术可以补充增加的功率,光纤激光切割机的功率将继续增长。如果制造商能够为这些锯齿状切割机提供饲料,他们将充分利用动力。厚或薄的材料都没关系。