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前言
工廠投入二百多萬元購置的激光切割機,主要應用在鈑金件及中厚板加工,其優(yōu)點是應用范圍廣,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。由于激光切割機固定資產(chǎn)價值大,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,與不同厚度的高強度板材激光焊接在一起,再進行沖壓加工,以達到既保證零件局部強度,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切割后對角線要求在1.0mm以內(nèi),平面度在1.0mm以內(nèi);
⑷切割后對稱度要求在0.5mm以內(nèi)。
由于新增的激光切割機設(shè)備復雜程度高,特別是控制及編程部分,采用的是進口件,全部是英文,中文操作說明書編寫過于簡單,沒有提供相應子程序的調(diào)用及修改說明。對于初次操作激光切割機,有許多操作需在實踐中進行摸索和熟悉。
通過樣件試割,不合格情況統(tǒng)計如上圖所示。
從試割的統(tǒng)計情況可以看出,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以前從未操作過,設(shè)備復雜程度較高,雖經(jīng)廠方進行了培訓,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)整和操作需在實踐中進行摸索和熟悉,并且還要對機床性能有較深的了解和積累豐富的操作經(jīng)驗才行。影響切割毛刺的主要原因有:1)激光聚焦點設(shè)定不當;2)激光功率調(diào)整不當;3)切割速度調(diào)整不當;4)氣體壓力調(diào)整不當。
⑵由于材料長寬尺寸為(1730+7)mm×910mm,因長度有7mm誤差的存在,使切割后缺口對稱度e的精度較難保證,影響激光加工的生產(chǎn)效率。
⑶在說明書中對不同材料的切割選用的切割氣體種類是不同的,對碳鋼的切割選用高純氧,對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)為表面帶防銹鋅層的高強度碳鋼,在試割時選用純氧作為切割氣體,切割后結(jié)瘤嚴重。
⑷激光切割機是精密設(shè)備,對現(xiàn)場環(huán)境的灰塵、振動都有一定要求。但由于目前激光切割機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)時的煙塵都較嚴重,剪板機工作時的振動也較大,對激光切割機加工精度帶來了一定的影響。
⑸相應的尺寸精度,一方面要靠激光頭本身的運動精度,另一方面要通過選擇相應的刀具補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;⑶現(xiàn)場環(huán)境的灰塵、振動的影響;⑷激光割嘴所對應的相應刀具補償量。
影響加工生產(chǎn)效率的主要原因是:⑴板料長度誤差影響對稱度定位加工效率;⑵最佳切割路徑的選擇。
技術(shù)改進對策及實施
⑴確定激光聚焦點位置參數(shù):通過比較激光聚焦點在厚度為0.65mm材料不同位置的切割質(zhì)量,確定聚焦點在板厚中心位置時,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):通過多次反復進行調(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)定對切割毛刺影響較大,氣壓波動的最大范圍應控制在(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度碳鋼,由于材料表面的鋅合金熔點低,導致氧化結(jié)瘤嚴重。經(jīng)實際試驗后決定按不銹鋼切割模式采用99.999%純氮氣進行切割,切割后毛刺能達到顧客要求。
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、制造快速定位工裝。
為保證切割后對稱度的要求,并能實現(xiàn)快速高效定位,減少因板料長度誤差而進行調(diào)整的時間,提高加工效率,設(shè)計制造了快速定位工裝。
效果檢查
對策實施后,對L11K激光切割件連續(xù)生產(chǎn)2000件的質(zhì)量情況進行了統(tǒng)計。通過統(tǒng)計,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,主要是因為現(xiàn)在采用的是5.3m3/瓶的純氮氣,每瓶氮氣快用完時,由于氣壓下降,操作者又沒能及時對氣瓶氣壓作好監(jiān)控,造成切割毛刺變大。另外,由于用氮氣切割時,氮氣的消耗量較大,每割15件左右就需要更換一瓶氮氣,每瓶氮氣更換時間約占7min左右,每天換氣就占用49min時間,且現(xiàn)場氣瓶堆積較多,嚴重占用場地,生產(chǎn)效率仍然達不到每月4000件的產(chǎn)量。
制定改進措施
⑴為減少換瓶占用的時間,提高生產(chǎn)效率,采用120kg/罐的液態(tài)氮,每罐液態(tài)氮相當于5.3m3/瓶純氮氣20瓶。
⑵為解決液態(tài)氮在氣化時罐體表面結(jié)冰嚴重的問題,導致氣化量跟不上切割時的氣體消耗量,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)閉空行程時氮氣控制閥,節(jié)約氣體的消耗。
⑷加強對氣罐氣壓的監(jiān)控,每切割100件檢查一次氣罐壓力。
改進后效果
在改進措施實施后,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。最終檢驗合格率達到99.9%。并且由于采用大罐液態(tài)氮代替小瓶氮氣,每大罐液氮可割300件左右,而小瓶純氮只能割15件,由液氮代替氮氣,每件可節(jié)約氮氣消耗成本2元左右。且由于修改數(shù)控子程序,關(guān)閉空行程時氮氣消耗,又可每件節(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項目開發(fā)及攻關(guān),從中積累了不少的經(jīng)驗。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、激光光路的保護氣體的純凈度等有關(guān)。雖然針對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一步積累加工經(jīng)驗。
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