提高激光切割在钣金加工中的质量和生产效率柳州激光切割

前言

工厂投入二百多万元购置的激光切割机，主要应用在钣金件及中厚板加工，其优点是应用范围广，加工尺寸精度较高。不同材质、不同厚度的金属和非金属都可以加工，特别是在曲线和小批量异形件加工中有较大优势。由于激光切割机固定资产价值大，在使用过程中，如何提高激光加工的生产效率和加工质量，降低生产成本，是在生产中需要解决的一个重要环节。日前，公司为专业汽车板材加工公司新开发的L11K激光切割件，是轿车冲压用的板材件。此件生产工艺是在用激光切割外形后，与不同厚度的高强度板材激光焊接在一起，柳州激光切割再进行冲压加工，以达到既保证零件局部强度，又能节约材料，减轻零件重量的目的。

L11K激光切割件技术要求

此件（图1）每月产量大约4000件左右，要求的交货期较短，产品加工精度要求高，其中：

⑴切割件尺寸较大，为0.65mm×1730mm钣×910mm，板料厚度较薄，易变形；

⑵切割后直线度a要求在0.05mm以内，毛刺要求在0.03mm以内；

⑶切割后对角线c要求在1.0mm以内，平面度在1.0mm以内；

⑷切割后对称度e要求在0.5mm以内。

由于新增的激光切割机设备复杂程度高，特别是控制及编程部分，采用的是进口件，全部是英文，中文操作说明书编写过于简单，没有提供相应子程序的调用及修改说明。对于初次操作激光切割机，柳州激光切割有许多操作需在实践中进行摸索和熟悉。

通过样件试割，不合格情况统计如图2所示。

从试割的统计情况可以看出，L11K激光切割件毛刺的不合格率最高。另外，存在产品的生产效率较低的问题。

原因分析

⑴由于工厂新投入的激光切割机（图3）以前从未操作过，设备复杂程度较高，虽经厂方进行了培训，但仅是一些基本功能的操作，中文操作说明书编写又过于简单。要想加工出高质量的产品，有许多相关参数的调整和操作需在实践中进行摸索和熟悉，并且还要对机床性能有较深的了解和积累丰富的操作经验才行。影响切割毛刺的主要原因有：1）激光聚焦点设定不当；2）激光功率调整不当；3）切割速度调整不当；4）气体压力调整不当。

⑵由于材料长宽尺寸为（1730+7）mm×910mm，因长度有7mm误差的存在，使切割后缺口对称度e的精度较难保证，影响激光加工的生产效率。

图3 钣激光切割机

⑶在说明书中对不同材料的切割选用的切割气体种类是不同的，对碳钢的切割选用高纯氧，对有色金属及不锈钢的切割选用高纯氮。被切割材料SPT83BQ(日本钢号)为表面带防锈锌层的高强度碳钢，在试割时选用纯氧作为切割气体，切割后结瘤严重。

⑷激光切割机是精密设备，对现场环境的灰尘、振动都有一定要求。但由于目前激光切割机安装位置在冲压中心厂房，与下料区及铆焊作业区相距较近，下料区的灰尘及铆焊作业时的烟尘都较严重，剪板机工作时的振动也较大，对激光切割机加工精度带来了一定的影响。

⑸相应的尺寸精度，一方面要靠激光头本身的运动精度，另一方面要通过选择相应的刀具补偿量来消除激光割缝产生的误差。

通过以上的分析调查，影响激光切割质量的主要原因是：⑴切割参数的调整不合理；⑵材料切割气体选用不当；⑶现场环境的灰尘、振动的影响；⑷激光割嘴所对应的相应刀具补偿量。

影响加工生产效率的主要原因是：⑴板料长度误差影响对称度定位加工效率；⑵最佳切割路径的选择。

技术改进对策及实施

⑴确定激光聚焦点位置参数：通过比较激光聚焦点在厚度为0.65mm材料不同位置的切割质量，确定聚焦点在板厚中心位置时，切割后质量最好。

⑵确定激光功率及切割速度匹配参数：通过多次反复进行调试比较，将切割速度由原来的3m/min提高到较高的5m/min的工作状态，相匹配的激光功率提高到1200W，能够保证切割后质量。

⑶确定气体压力匹配参数在较高的切割速度5m/min下，气压的稳定对切割毛刺影响较大，气压波动的最大范围应控制在（1.0±0.2）MPa之间，方能保证切割后的质量。

⑷确定材料SPT83BQ切割用的气体。

按操作说明书，碳钢切割气体采用纯氧，但SPT83BQ为表面带有锌合金防锈层的高强度碳钢，金属激光切割加工由于材料表面的锌合金熔点低，导致氧化结瘤严重。经实际试验后决定按不锈钢切割模式采用99.999%纯氮气进行切割，切割后毛刺能达到顾客要求。

⑸确定最高生产效率下的切割路径。

由于机器默认的切割路径如图4所示，为了提高生产效率，通过手工修改切割路径程序，如图5所示，节约1min。

⑹设计、制造快速定位工装。

为保证切割后对称度的要求，并能实现快速高效定位，减少因板料长度误差而进行调整的时间，提高加工效率，设计制造了快速定位工装，如图6所示。