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行業(yè)資訊
沖壓新挑戰(zhàn)：自動激光下料來襲
自動激光下料技術(shù)來襲，挑戰(zhàn)傳統(tǒng)沖壓的“底線”。傳統(tǒng)的下料方式，無論你用什么方式剪切或者沖裁都會對板料的切口或者表面造成損傷或者細(xì)小的裂紋，如果是高度鋼下料損傷或著裂紋將會更明顯。而激光技術(shù)是一種無接觸的剪裁技術(shù)，不會造成板料產(chǎn)生裂紋。能夠設(shè)想在一個高速落料線廠房沒有高大的穹頂，但有足夠的起吊能力就能更換卷料嗎？這是可以的。在這種新式廠房里沒有機(jī)械式落料壓力機(jī)，也沒有笨重的基座，也沒有其他壓力機(jī)必需的輔助設(shè)備。
取而代之的是，高速激光器從喂料端就切割平板下料（見圖1）。在傳統(tǒng)工藝?yán)?，切下的板料堆積起來等待進(jìn)入沖壓或其他后續(xù)工序。在新的下料方式里，如 果需要做出下料調(diào)整，或者生產(chǎn)一種新的零部件，工程師只需要修改激光器的數(shù)控程序而已，非常快捷方便。這樣就沒有必要去爭分奪秒地更換下料模具，因為根本 就沒有模具了。
這個工藝，目前還是設(shè)想階段，但是它的意義深遠(yuǎn)，不但改變了落料線的方式，也讓模具設(shè)計人員更多把注意力放在落料后的成形工序。
如何讓落料更加經(jīng)濟(jì)節(jié)省，是成形模具設(shè)計考慮的一個重要因素。剪切依然是最便宜的一種下料方式，下料的形狀越接近簡單的矩形或者剪床其他能剪出的形狀，就越省錢。相比之下，下曲線形狀的料就不那么合算了，因為加工復(fù)雜輪廓的坯料的話，模具價格昂貴。
但是矩形的落料有棱角，額外增加成形模具的應(yīng)力，導(dǎo)致變薄或者開裂。所以模具加工人員不得不用拉伸凸緣和其他元素固定料材，讓金屬緩慢的流入模腔。但是，激光落料就不用這么煞費苦心，因為激光不用太費勁就能切出各種合適的輪廓，最大可能使得沖壓工序變得容易。
杰.芬（Jay Finn）是俄亥俄州拿破侖市自動進(jìn)料公司（Automatic Feed Co. in Napoleon, Ohio）的子公司高產(chǎn)技術(shù)有限公司（High Production Technology LLC）的應(yīng)用工程師，他和液化空氣工業(yè)公司休斯敦辦公室的國際同事查爾斯.卡里斯坦（Charles Caristan）一道研發(fā)激光落料技術(shù)，后者事實上已經(jīng)為激光下料的新概念下了十年以上的苦功。
那時候，激光下料的理念是源于汽車行業(yè)的高度競爭的需求，同時也是為了突破既有技術(shù)的限制。二氧化碳激光在小批量的金屬板材切割領(lǐng)域占絕對地位，但 是在大規(guī)模生產(chǎn)領(lǐng)域表現(xiàn)不佳。在很多年里，鑒于這樣那樣的借口，大多數(shù)的激光下料解決方案只能一年加工60,000件或者更少的落料，有人說，激光也只能 切得這么快了。
在四年前，情況依舊如此。激光專家邁克爾.本本內(nèi)克（MichaelBembenek）在2006的“工業(yè)激光解決方案”雜志 （IndustrialLaser Solutions）中寫到：“在生產(chǎn)投資 計劃中，產(chǎn)量仍然是主要的考慮因素。速度和循環(huán)周期……仍然是決定性的因素。這大概是為什么板材生產(chǎn)商和使用商對于激光下料的反應(yīng)是一樣的：’這個并不能 幫我們省錢。’”
時移勢易，感謝電信行業(yè)的進(jìn)步，產(chǎn)量不再是激光落料爭論的焦點。他們研發(fā)出一種特殊的鍍層光纖，激光行業(yè)很快就發(fā)現(xiàn)這種新發(fā)明用于生產(chǎn)一種新的、功率更強的激光：光纖激光。
卡里斯坦說：“大部分的白車身厚度在3毫米以下，所以非常適合用光纖激光來切割。”它高度聚集的光線特別適合快速切割薄板。光纖傳導(dǎo)激光是固態(tài)激 光，易于維護(hù)和集成。電源和輔助設(shè)備只占用幾平方英尺的面積。這種激光器還有很好的擴(kuò)展性。用光纖長距離傳導(dǎo)能量的時候，光纖直徑要足夠大以容納增加的能 量，電源內(nèi)的光纖模塊也能集束在一起增加功率。
芬說：“我們用5KW的光纖激光做過實驗，可以一分鐘切80米1毫米后的鋁板。我們也可以一分鐘切67米1毫米厚的鋼板。”排列幾個大功率的光纖激光同時連續(xù)切零部件，其生產(chǎn)效率和一太高速落了線相當(dāng)。
新的10KW的光纖激光可能會有更加快速的表現(xiàn)。這就是所謂的多模技術(shù)，集成了多波模式產(chǎn)生適合實際應(yīng)用的最佳光線。新出現(xiàn)的單模光纖更是引爆了更大的興趣，它能放射出聚焦更加集中的激光，用更少的能量切割得更快。
“將來一個3KW的單模激光的切割速度將會和現(xiàn)在一個5KW多模激光的切得一樣快。” 卡里斯坦解釋說。
高強鋼的工業(yè)應(yīng)用也強化了激光下料的優(yōu)勢。高強鋼對下料模傷害很大，使它們過早地磨損。而機(jī)械下料的動作會給切下的高強鋼坯料造成細(xì)小的裂紋，導(dǎo)致其在后續(xù)的沖壓過程中破裂。
芬解釋說：“下料的時候，不管你用什么方式剪切或者沖裁，最后得到的板料切口附近總有一系列的細(xì)小裂紋，而在給高速鋼下料的時候，這些細(xì)紋會更加明顯。”
激光切割則用不著考慮管金屬堅硬與否，它主要和坯料的厚度和發(fā)射率（例如鋼和鋁的反射率就不同）等因素有關(guān)。實踐表明，光線激光可以毫不費力地切開高強鋼。
芬說：“激光才不在乎一塊金屬是1500，980或者560MPa，強度根本不是激光切割考慮的問題。”
曾經(jīng)有段實踐，一些機(jī)構(gòu)限制用激光切割板材，甚至用來制造樣品也不行，因為擔(dān)心激光在切割邊緣的熱影響區(qū)會給壓力成形帶來麻煩?？ɡ锼固够貞浾f，經(jīng) 過一些研究之后，行業(yè)很快發(fā)現(xiàn)恰恰激光切割的競爭對手――下料模具問題更嚴(yán)重：實際上，下料模在切邊產(chǎn)生的問題要比激光切割還多。隨著激光切割運動更加迅 速，熱影響區(qū)的問題就沒什么人提了。自那之后，激光切割成為了制造樣品的下料方案之一。今天，人們希望激光切割能夠進(jìn)入批量生產(chǎn)的現(xiàn)場。
芬說：“使用了大功率光纖激光之后，熱影響區(qū)從切口位置的深度已經(jīng)很少超過0.2毫米了，隨著速度提升，這個影響將會越來越小。”
激光可以很容易在板料上切出適合成形輪廓。事實上，激光更喜歡曲線的輪廓，因為要切出一個角來，線性驅(qū)動器必需減緩切頭的速度，停頓片刻，然后再次啟動轉(zhuǎn)向另一個方向，或者繞過拐角，然后繞回來。而切一個曲線，激光頭不需要停止運動。（見圖2）
圖2:激光切割更喜歡曲線的形狀。加工一個拐角，激光頭要么停下來換一個方向（左圖），要么繞一個圈再返回回來（右圖）。而加工一個曲線，激光頭的速度可以保持恒定。（圖由查爾斯.卡里斯坦提供）
卡里斯坦說“在沖壓時，這些曲線形的坯料更有助于金屬的流動，而且會減少變薄的程度。”
(圖3）這個圖顯示了三個潛在的落料形狀，它們重疊在一起：一個尖角（成形性最差），一個是圓角（成型性好一些），一個有暈線（成型性最好）查爾斯.卡里斯坦供圖。
圖片翻譯：Cornerangle尖角 punch 沖頭 die 模具 binder 壓邊
Cornerradius 圓角
Relieffeature 暈線
35％ Max.Thinning（35％最大的變薄度）
21％Max.Thinning（21%最大的變薄度）
圖4 這些是在俄亥俄州立大學(xué)作的模擬實驗。左邊的矩形板料在成形時更容易變薄（35%），而右邊曲線輪廓的板料變薄程度則是21%。圖由查爾斯.卡里斯坦提供。
圖4中的兩塊坯料重疊在一起，用來顯示最佳的材料利用率。板材B比板材A少用11.6的材料。
FormedPart（top View）：成形零件俯視圖
PartDepth（75mm）：零件深度－75mm
BlankA（Simple blank shape） 簡單下料形狀
BlankB（Laser Cut Blank optimum Shape） ：激光下料的最優(yōu)形狀
落料1：不需要下料模具；成形難度大；大量加工廢料
落料2：需要落料模具。
落料3：適合成形的優(yōu)化曲線
落料4：最優(yōu)的形狀，可以減少褶皺、翹曲，提供材料利用率
圖6 落料1可以用剪刀下料，加工費并不貴，但是這種形狀會產(chǎn)生大量的廢料。落料2需要下料模具，但是仍會產(chǎn)生很多的廢料。落料3也可以用下料模具加工，但是昂 貴的價格可能讓應(yīng)用不合算。激光可以輕松地切出落料3和落料4。落料4 可能會多耗一點激光加工時間，但是會在后續(xù)的因此消除的切削環(huán)節(jié)把時間賺回來。
在若干年前，卡里斯坦和泰蘭.阿爾坦（Taylan Altan）博士和舍哈特.卡亞（Serhat Kaya）一起在俄亥俄州（見圖3、圖4、圖5）開始這個方向的研究。正如卡里斯坦解釋的，這項研究表明，激光下料有助于把模具設(shè)計人員從下料模的束縛中 解放出來。不久之后，坯料不必一定再切成梯形或者其他簡單的尖角形狀?，F(xiàn)在，坯料的形狀輪廓可以更加自由地設(shè)計，讓沖壓更加容易。沖壓工解決沖壓問題的時 候，所用的手段就不僅僅是重新設(shè)計尺寸，微調(diào)整角度，用拉伸凸緣進(jìn)行補償，或者其他的一些模具的技巧，而且可以重新設(shè)計非常復(fù)雜的輪廓。不需要拉伸凸緣的 話，也意味著小噸位的壓力機(jī)也能加工零件。
有消息說，第一條激光落料線有可能在未來幾年內(nèi)出現(xiàn)。芬預(yù)言將來有一天，快速激光柔性落料系統(tǒng)將應(yīng)用于生產(chǎn)，同時為多條沖壓生產(chǎn)線進(jìn)料。他說：“你 將看到一條激光生產(chǎn)線同時為四到五條沖壓線供料。”他補充說，這樣的柔性能力將集成到將來的沖壓線中。大規(guī)模的個性化定制時代已經(jīng)到了。
大族粵銘激光專業(yè)的激光設(shè)備制造商，產(chǎn)品有紫外激光打標(biāo)機(jī)，CO2激光打標(biāo)機(jī)，光纖激光打標(biāo)機(jī)，光纖激光切割機(jī)等等。
（本文由大族粵銘激光原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載須注明出處：m.chatthem.com，珍惜別人的勞動成果，就是在尊重自己）
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