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与机械冲床说再见

发布时间:2020/01/23 11:01

与机械冲床说再见

高功率光纤激光器已成为落料机的一种经济高效的替代品

发布于:2020年1月23日

发布人:江苏科茂自动化有限公司

关于:激光切割

激光切割
激光落料使用灵活的堆叠器,能够一次处理多个零件。

当您想到大批量落料时,可能会想到卷材加工线,机械压力机和堆垛设备。对于11.5至15英尺长的床以及以每分钟12至25冲程的速度运行零件所需的吨位,一台典型的机械压力机可能要花费150万至250万美元。随之而来的是机械落料压力机的大坑,以及更高的天花板,因此可以安装和维护大型机器。用于快速更换模具的支撑架需要大量的操作空间,并且甚至需要更多的空间来存储各种模具,以使通过冲压机的不同零件成为空白。

同时,作为大批量生产堡垒的汽车行业发生了变化。现在,该行业要求使用最少的库存来减少产量和及时生产,以应对越来越频繁的设计变更。对于冲裁,这使硬工具承担了更大的责任。快速换模帮助印刷机快速换模,使短版印刷更有效率。但这仍然没有改变这样一个事实,即首先需要更换硬工具。

但是,如果没有硬性工具怎么办?

多年来,CO 2激光切割系统一直主要用于小批量和原型需求的下料。但是直到最近,对于大体积的消隐来说,激光还是不划算的。但是,现在,高功率光纤激光器可以为落料压力机提供逾期未久的可行替代方案(请参见

光纤激光器的优势

十年前,具有10%能效的6 kW CO 2激光器可以以每分钟98英尺的速度切割0.040英寸厚的钢材。如今,一个5 kW的多模光纤激光器需要大约20 kVA的电功率,并且墙塞的能量效率约为25%,是6 kW的CO 2激光器的两倍以上。它可以以197 FPM的速度切割0.040英寸厚的材料。这种光纤激光器具有通过光纤传输的波长在1微米范围内的光束。光纤输送消除了镜子对准和清洁的周期性停机时间以及切割质量和速度的变化。

激光技术进步的清单不胜枚举。足迹已经缩小。4乘2乘2英尺 机柜可以容纳5千瓦的光纤激光器,并且所有用于光束操作的辅助设备(包括冷却器和集尘器)都可以安装在10 x 5英尺的高度上。平台。激光系统CNC已转变为脉冲型控件,可在管理多个运动轴的同时调节激光的输出功率。CAD / CAM软件在一个前端程序中包含了切割程序的所有主要属性,该程序可处理所有激光切割工艺设置。

不断变化的市场需求

高强度钢之所以受欢迎,是因为它们减轻了车辆的重量,同时又保持了结构的完整性,这对冲裁生产线提出了挑战。由于它们的高屈服强度和拉伸强度,因此这些金属需要高吨位,更大的压力机和频繁的模具维护,因为切割模具的刀片会很快变钝。机械切割这种材料的边缘也会引起质量问题。随着材料硬度的增加,落料模剪切金属后,微裂纹的倾向也会增加。更糟的是,当面板在车辆上使用时,微裂纹可能会发展成严重的疲劳-断裂裂缝。

在这些情况和其他情况下,激光消隐可以提供优势。使用激光消除了对冲裁模的需求,根据其复杂性,冲模的初始成本约为100,000美元,年维护成本约为初始购买价格的25%。激光还消除了印刷机基础凹坑,某些激光消隐配置消除了线圈环路延迟凹坑。激光落料装置还需要较小的起重能力来处理线圈。没有落料模具也意味着没有模具存储或滚动缓冲更换模具区域,当然也没有更换模具。

激光使空白显影和套料更加灵活。任何更改都需要更改激光切割CNC软件程序,而不是新的落料模。落料压力机生产线倾向于在高压SPM和高速堆垛机上使用更短的行程,而激光落料过程则需要使用能够同时处理多个零件的柔性堆垛机来进行较长的行程。在成型压力机中为冲模试模生产坯料也更加容易。激光落料线可以生产几堆零件,并在拉模试验期间对坯料尺寸进行小的修改。

如今,单头激光系统比能够从宽达9.2英尺的卷材生产长达13英尺长的坯料压力机便宜,尽管某些简单的单激光系统可能无法实现传统压机下料的产量线。为了提高产量,设计了一条激光消隐线,其中单个线圈线串联或并联多个激光头。

材料利用率

一些工程废料是不可避免的。成形压力机需要粘合剂材料来保持金属具有适当的摩擦学,以控制金属在冲头下降到模具中时的流动。在组装之前会修剪掉这种粘合剂材料和功能孔,并添加到工程废料中。

但是,汽车白车身的典型工程废料平均达到惊人的40%。北美汽车行业每年消耗约1000万吨钢材。通过更好地利用材料,将其减少百分之几,将大大提高利润底线。

例如,工程师将角-角段特征设计为毛坯,以降低毛坯模的成本。这样的角不仅使用更多的材料,而且还限制了毛坯的可成形性,因此在成形拉伸模的粘合剂中需要一些技巧,例如增加粘合剂,更高的冲压吨位和拉延筋特征。激光切割不需要这些技巧,相反,它更喜欢具有曲线特征的角半径。具有足够曲线特征的毛坯轮廓可以提高激光切割速度和质量,以及毛坯的可成形性

激光消隐可以使用宽线圈上的套料,并且仍然可以提高材料利用率落料模的典型套料程序通常包括使用较窄的切缝线圈宽度,每个冲压行程最多分离两个成品坯料。激光切割可在每个线圈级进给中嵌套十几个成品毛坯。这消除了对线圈纵切的需要,这实质上是浪费材料的减值步骤。

激光还允许在同一条带上以不同的方向嵌套两个相同厚度的不同部分。规格有时会限制零件在套料中相对于轧制方向的自由定向。但是,由于消除了线圈切缝,因此每个级次从较宽的线圈中嵌套多个零件的优势减少了材料浪费和每个零件的材料成本。

最后,激光切割可以实现共线切割,从而进一步提高了材料利用率。

激光切割设置

在激光落料时,传送带通道必须支撑卷带,同时避开激光。对于简单的毛坯轮廓,传送带通道会进行调整以清除激光切割的路径。对于复杂的毛坯或需要更高生产率的系统,输送机通道会在激光切割过程中以及部分进料之间动态延伸和缩回,以逐步生产毛坯(见图7)。在这样的系统中,单个5kW光纤激光器每分钟可以生产5至10个零件,具体取决于零件尺寸和材料厚度,并且可以添加更多的激光器以提高产量。

渐进线直接从钢带上激光切割坯料。五激光系统每分钟可生产28至32个小零件(PPM),而机身侧的大型外部毛坯则为12至18 PPM。带材以恒定的速度铺开,四个激光完成了所开发坯料所需的大部分切割。压紧辊压下并驱动四激光配置每一端的带材。在最后一组夹送辊之后,第五次切割激光进行最终切割,以将已显影的毛坯与带材分离。

这种设置可以与传统的线圈生产线和堆叠系统集成在一起,并且可以根据需要添加其他激光模块。在替代配置中,可以将销钉输送机与压紧辊或夹紧机构一起使用,以支撑带材的下侧。销式输送机以分离废料的方式将材料提供给激光器,从而可以有效地清除和收集废料。

智能控制,生产一致性

带有多个激光头的落料线自动在激光器之间分配切割程序,以实现最大的生产率。有些生产线最多可容纳15台激光器。卸下一台激光进行维护时,前端会自动对激光进行重新编程,使其与其他激光一起以最大能力工作,重新分配切割路径并调整线速度。夹送辊格可以使带材连续通过激光切割头下方,或者可以以渐进方式启动和停止带材。

这种渐进式激光消隐系统具有各种潜在的配置。例如,以串联方式和并联方式使用的五激光系统可以将原坯从卷筒进料区中分离出来,将其送入进料站,然后再将最终的坯料分离出来(。

随着新技术的出现,更多的应用将证明激光可以创建具有成本效益的替代硬质工具。模具成本增加;高强度材料 对节能,精益和灵活制造的需求都推动了工业激光器的发展。激光从小批量生产(主要是主要切割工艺)过渡到高产量世界只是时间问题。

江苏科茂自动化有限公司 www.jskemao.cn