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激光切割在汽车OEM应用

发布时间:2019/10/17 00:34

激光切割在汽车OEM应用

戴姆勒激光切割的成功故事

发表于:2019年10月13日
发表人:江苏科茂自动化有限公司
关于:数控切割机激光切割机

激光切割机
两个宽的伸缩式输送机在活动的激光切割头下方串联移动,在下方保持恒定的间隙,以排出烟气和熔融材料。

1974年初的一天,当时的《 FABRICATOR》编辑仔细阅读了一篇有关尖端技术的手稿,该技术在实验室中花费了数年,但此刻才开始在制造车间中露面。文章旁边是安装在火焰切割机上的500瓦特CO 2激光器的细致照片,文章说:“现在,经过所有这些年的承诺,激光器已成为可接受的金属加工工具。”

事实证明这是轻描淡写。多年以来,激光在精密钣金制造中占主导地位。它之所以能够蓬勃发展,部分原因是它能够以任何方向切割任何形状。在高产量的车间中,平面激光器上的巢状布局与艺术品相似。

当然,随着订单量的增加,传统上激光切割的经济意义不大。即使十多年前光纤激光器席卷市场,情况依然如此。极快的光纤激光器看起来效率极高,但切割头仍然需要跟踪零件的轮廓。

冲压机可以一次切割出毛坯的轮廓,因此,冲压机在大批量冲裁中占主导地位,特别是在汽车行业。用机械冲压机,激光不可能超越传统的落料线,对吗?

不一定,激光切割线已进入全球一些早期采用者的行列,其中包括位于密歇根州的金属服务中心。2016年,戴姆勒在德国库彭海姆的梅赛德斯·奔驰工厂安装了两条激光切割线。今年年初,又有一条激光落料生产线在德国的另一家奔驰工厂开始生产,而第四条生产线正在组装阶段。

最新的激光下料生产线具有大多数带平台切割激光的金属加工商多年来享有的“免工具”灵活性。但是,某些激光切割线的速度与有时甚至超过世界各地安装的许多基于冲床的落料线的速度相同。1974年的编辑可能无法想象这是一个壮举。

一些历史

激光切割这个术语并不是什么新鲜事物,但是它会激起混乱,特别是对于汽车供应链之外的人。它与“量身定制的毛坯”(有时称为“激光焊接的毛坯”)没有任何关系,其中通过激光焊接将不同的切割轮廓连接在一起,以创建具有针对应用程序定制的性能的单个毛坯。

在美国,激光消隐的概念可以追溯到1990年代。大约在千禧年之际,一个公司财团提出了一个问题,回想起来,它已经超前了:如果用卷筒送纸激光切割系统代替料压力机该怎么办?

该小组包括密歇根州斯特林高地的DCT和阿拉巴马州芒福德的阿拉巴马州激光系统公司等公司,以及查尔斯·卡里斯坦(现为液化空气公司的技术研究员)等激光专家,他们提出了一些初始概念。线圈将被送入精密矫平机,然后被送入激光切割床,此后,机器人或其他设备将卸下切割后的零件,并(必要时)处理骨骼。从那时起,包括高亮度光纤激光器在内的先进技术使这一概念成为现实。

为什么要进行激光切割?

当今的汽车行业比以往任何时候都具有更多的模型变化,这当然使换模成为改进的目标。每分钟更换模具(SMED)是一个好主意,但最好不要更换模具。

系统的三个激光头中的每一个都有自己的机架。
 

当落料模生产具有直线和角度的坯料时,其成本效益最高。激光更喜欢与轮廓毛坯一起使用,在这种情况下,切割头永远不必完全减速,转弯和加速到一个尖锐的拐角处,而且恰好碰巧其中许多轮廓形状有助于冲压机的可成型性,特别是对于绘图过程。不管毛坯形状如何,激光消隐技术都可以使工程师对其进行调整,以更好地成型。

未来的汽车和卡车也将需要更轻,更安全,因此,对强度似乎越来越高的先进高强度钢和其他材料的需求也随之增加。这些材料对冲裁模具不是很好。另一方面,激光并不关心材料的拉伸强度,而只关心其厚度和材料等级吸收激光能量的能力。激光落料并不能消除对高强度材料的所有担忧-卷材进料仍需要在到达激光切割头之前进行校平-但是卸下落料模确实减轻了许多技术障碍。

精心编排的规矩

梅赛德斯-奔驰Gaggenau和Kuppenheim工厂的成型技术负责人Andreas Heuer最初是出于实际考虑而开始研究该工艺的:该公司不想改变其现有工厂来为巨大的机器基础腾出空间坑和用于更换落料模所需的桥式起重机的高架。

他说:“我们不需要额外的空间来存放模具,也不再需要高架起重机来更换模具。” 这项技术带来的高度灵活性对我们也非常有利,因为我们拥有越来越多的车辆类型。

Heuer继续说道:“ [激光冲裁]在引入新模具(用于成型)期间也简化了几何形状的变化,”他补充说,某些毛坯几何形状的变化有助于下游的拉拔过程。“对于某些集合,我们创建了六到八个不同的[空白]几何形状。这使我们能够快速实施更改,而不会中断当前的生产。”

戴姆勒现在正在使用激光落料技术生产几种在美容上至关重要的外部车身部件。“该工厂在某些应用中实现了高达60米每分钟的生产线速度,”德国销售总监Manuel Hunger说道。科茂设计并建造了戴姆勒的激光落料线。“例如,该生产线每分钟生产超过40个烟罩。”

豪雅继续说道:“我们为奔驰汽车和卡车的车身的所有外部零件和大型结构零件削减了坯料。” “我们使用其他汽车制造商使用的典型牌号,例如镀锌钢和铝,厚度范围从0.65到1.5毫米。”

观察工厂的激光下料生产线,就像观看精心编排的舞蹈,每个电子和机械组件都起着至关重要的作用。当先前的线圈进行中时,将线圈加载到双线圈放线系统上。如果需要新材料,则精密的辊式矫平机纸盒会在几分钟内自动换出。当需要更换线圈时,开卷机拿起并出新的线圈,松弛的线圈(无环坑)通过矫直机进入激光切割系统。

激光切割工作区具有三个激光切割头,每个激光切割头均带有单独的4 kW IPG光纤激光电源。磁头在X方向和Y方向(跨条)移动。

 

亨格说,拥有三个激光切割头可以达到很好的平衡。较少的头部会减慢落料速度,而具有较多的头部会导致过多的穿孔,加速和减速度,这仅仅是因为每个激光头只会切割通过其下方的小部分刀架。作为连续进纸的一部分,该套叠真正地“穿过”了激光。

切割后的零件被堆叠起来,运出系统并进行分级处理,准备好向下游运输。
 

激光落料的核心技术不在于激光切割本身,而在于切口下方的情况。钢带需要保持运动,在下方有空间排空熔融材料,并同时保持完全支撑。

为此,激光落料系统巧妙地使用了伸缩式输送机。在戴姆勒的激光落料系统中,两个宽幅传送带(在有源激光头前面一个,在后面一个位置,它们之间保持一致的间隙)在X方向上向前和向后移动(与物料流相反)。与切割动作。这样可确保系统在切割动作下始终保持一致的间隙,在重力作用下,真空和真空将熔化的材料,微粒和烟气从切割本身拉开。舒勒称这种同步的输送机和排烟系统为“ DynamicFlow Technology”。

打孔和堆叠

切割后进行嵌套和堆叠,没有两个关键元素,没有激光消隐就没有多大意义了。是的,某些激光落料系统在某些应用中已经变得如此之快,以至于超过了某些传统的落料系统,但是如果必须手动分选坯料,那么这并不意味着什么。

正如Hunger解释的那样,激光落料有几种套料方案,其中好零件与废料分开。首先涉及削减巢穴的工作,这些巢穴不会留下任何废料。戴姆勒(Daimler)的激光遮光罩,一个接一个地切割成线,是一个很好的例子。罩盖毛坯横跨带材的整个宽度,从激光单元出来,经过清洁过程,然后分别从传送带下送至高性能堆垛机,该堆垛机类似于传统的下料线。

亨格说:“我们(在戴姆勒公司)这样做是因为机器人堆叠的速度不足以适应应用程序。”

另一种装填场景是在所谓的“重力脱落”操作中,有碎屑的巢落下,该操作发生在激光工作范围之外。仅当废料的定向和成形方式使其容易从带钢上掉落时,此方法才有效。

从这里开始,可以发生两种方式之一。如果零件方向允许这种情况,并且重力脱落被证明是可靠的,那么被切割的零件可以直接流到堆垛机,就像在无废料的情况下一样,而废料掉入废料溜槽并进入废料槽。斌 或者,一系列机器人可以将零件从骨架中抓出来,然后通过废料槽将其运输到通往堆垛机的传送带上。

落料的清洁度

戴姆勒压坯在外观上至关重要的外部零件,因此需要在激光切割后进行基于刷子的毛坯清洗工艺。Heuer说:“污垢和灰尘污染是我们的主要关切,并补充说,即使不进行额外的清洁步骤,该过程也只留下了与我们接下来的处理步骤无关的微小灰尘。

“从今天起,我们可以说设备像传统的下料线一样,需要经常清洁以确保下料的清洁度。目前,我们每两周对所有输送机进行一次标准清洁和半年一次的强化清洁。

 

“为减少手动清洁生产线,每个传送带都可以配备刷子清洁装置,” Hunger补充说。

激光切割的未来

根据Hunger的说法,戴姆勒的产品线的整体设备效率(OEE)水平已超过75%。他说:“在传统的消隐生产线中,我们从未能够达到如此水平。”

作为早期采用者,豪雅(Heuer)看到激光消隐技术最终成为汽车领域的主要消隐工艺。“我认为,激光消隐将取代传统的消隐。该技术是优化落料过程并提高效率的现代创新方法。针对激光毛坯几何形状进行了优化的模具将有助于使激光毛坯更加有益。”

那么金属加工的其他领域呢?根据Hunger的说法,该技术最终可以在汽车供应链之外的更多服务中心中找到家,甚至可以在大型钣金制造商那里找到,尤其是那些消耗大量特定材料等级和厚度的钣金制造商,足以在一个生产基地购买一个卷材。时间。

卷材和矫直机盒式磁带的更换可将一种材料快速转换为另一种材料。例如,戴姆勒(Daimler)使用自动化流程,其中操作员检查物料并启动转换。

关键要素是嵌套和堆叠。正如Hunger解释的那样,激光消隐机上的某些自动套色方法可以遵循与平板激光器自动套色相同的策略。例如,较小的零件可以卡在一起并由机器人作为一个整体抬起。

当然,零件数量需要足够。亨格说:“激光落料系统不适用于同时处理[许多]不同形状,”他补充说,它还要求非突片零件的长度或宽度至少为250毫米。

当然,在可预见的将来,原型,高混合,小批量晶圆厂将不太可能使用这种激光消隐设备。但是,如果零件数量增加,故事可能会改变。如果能够可靠地对制造商或服务中心的各种切割轮廓进行脱色,堆叠和快速下移,则激光落料很有可能成为可能。

 

 

机器人抓取并堆叠切割后的零件。不需要机械手拣选的零件将直接流到堆垛机。

江苏科茂自动化有限公司 www.jskemao.cn 15951030435

(数控切割机制造专家)