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實踐證明，使用激光器切割各種固定、矩形的板材（料）是一種可行的技術(shù)。但基于切割速度的限制，以及如何找到高效的方法才能將這種技術(shù)整合到裁切板料的大規(guī)模生產(chǎn)線中的這一難題，會阻礙激光切割在大批量生產(chǎn)中的應(yīng)用。直到最近，將激光器與機器人（配置了裝/卸工作臺和碼垛系統(tǒng)）結(jié)合用于鈑金下料的自動化解決方案才從根本上將這一發(fā)展進(jìn)程又向前推了一步。在此之前，激光切割僅用于原型生產(chǎn)以及形狀復(fù)雜的金屬板料的小批量生產(chǎn)中。

實踐證明，使用激光器切割各種固定、矩形的板材（料）是一種可行的技術(shù)。但基于切割速度的限制，以及如何找到高效的方法才能將這種技術(shù)整合到裁切板料的大規(guī)模生產(chǎn)線中的這一難題，會阻礙激光切割在大批量生產(chǎn)中的應(yīng)用。直到最近，將激光器與機器人（配置了裝/卸工作臺和碼垛系統(tǒng)）結(jié)合用于鈑金下料的自動化解決方案才從根本上將這一發(fā)展進(jìn)程又向前推了一步。在此之前，激光切割僅用于原型生產(chǎn)以及形狀復(fù)雜的金屬板料的小批量生產(chǎn)中。

如今，激光技術(shù)領(lǐng)域的最新進(jìn)展和切割速度的提高，為開發(fā)新型、可行并且適用于高產(chǎn)的激光落料解決方案開啟了新的機遇。作為車用高速卷材加工設(shè)備和自動化系統(tǒng)供應(yīng)商，位于美國俄亥俄州拿破侖市的Automatic Feed 公司看到了用激光直接對卷材進(jìn)行下料裁切的優(yōu)勢。擁有伺服剪床和高速堆垛設(shè)備在內(nèi)的產(chǎn)品組合，使得開發(fā)出一種將激光器與其它生產(chǎn)線進(jìn)行融合的手段成為公司重要的發(fā)展策略。21世紀(jì)中期，該公司投資開發(fā)了一種可以直接切割卷材的激光切割解決方案，目的是為了使用激光器來替代沖壓機和剪床等設(shè)備，以克服先前所面臨的傳統(tǒng)障礙。通過5年的研發(fā)，在開發(fā)出可以試生產(chǎn)的原型設(shè)備后，2011年，LaserCoil Technologies LLC被剝離出來成了一個獨立的公司，并將此專利技術(shù)推向市場。

繼2012年用原型生產(chǎn)線試產(chǎn)成功后，2014年，LaserCoil Technologies首先推出了其生產(chǎn)的卷材激光落料系統(tǒng)。LaserCoil的系統(tǒng)具有可成功應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)境的多項專利。這一流程需要用到一系列可以支撐卷帶材，同時可以為激光頭提供切割路徑的動態(tài)型材傳送裝置。這些小的通道相互獨立地進(jìn)行動態(tài)復(fù)位，以確保運（移）動中的激光頭下方形成無障礙的通道。這樣一來，卷材也可以順暢地通過系統(tǒng)，不會造成前擁后堵，并可以在切割過程中自動清除廢料，獲得無毛刺、即用型部件。
 

圖1：LaserCoil系統(tǒng)采用動態(tài)型材傳送裝置來支撐卷帶材，同時為安裝在三軸線性電機臺架上的光纖激光頭提供無阻礙的切割通道。

采用線性感應(yīng)電機驅(qū)動的激光切割頭，可以切割緊密嵌套的復(fù)雜曲線形狀。這些安裝在高速三軸線性電機臺架上的激光頭（圖1）可以被配置于沿卷材運動路徑的多模塊化切割單元中，以平衡工作負(fù)荷、提高產(chǎn)量，并且獲得與傳統(tǒng)落料方法相似的加工速度。

很重要的一點是，從資本投資的角度來看，這款卷材激光落料系統(tǒng)非常靈活，可以與任何卷鋼生產(chǎn)線自動系統(tǒng)相融合。

LaserCoil原來的系統(tǒng)配有4kW功率的單頭光纖激光器，可將材料按照進(jìn)料指數(shù)模式向前傳送，從而獲得高收益率和高速加工，小部件生產(chǎn)速度可達(dá)32ppm，更大尺寸的面板的加工速度可達(dá)18ppm，批次加工數(shù)量最高可為30,000件。自此以后，LaserCoil公司一直不斷投資研發(fā)。其最新的卷材激光落料系統(tǒng)配置了6kW功率的多頭式激光器，顯著提高了部件的加工速度。

該技術(shù)可加工厚度為0.5-3.5mm、最大寬度達(dá)2.1m的卷鋼材料。最初的單頭系統(tǒng)能夠以2.5m/s的直線速度切割1.0mm的材料。但額外添加一個激光頭，就可以分?jǐn)偲胶馇懈钬?fù)荷，減少加工時間，提高生產(chǎn)率。與單頭系統(tǒng)相比，多頭式的卷材激光落料設(shè)備平均可提高85%的生產(chǎn)率，非常適合批次數(shù)量為100,000件的大規(guī)模加工作業(yè)。

該系統(tǒng)的另一項重大進(jìn)展是可以選用制動/啟動（進(jìn)料指數(shù)）或連續(xù)運行模式。用戶因此可以根據(jù)特定的部件形狀優(yōu)化切割參數(shù)。例如，大型、復(fù)雜的部件或需要嚴(yán)格控制邊緣公差的切割任務(wù)，可能采用進(jìn)料指數(shù)模式更好。

激光切割順應(yīng)產(chǎn)業(yè)趨勢

對于汽車輕量化的關(guān)注迎來了新型材料和金屬等級的入市，這又增加了更多拉伸強度達(dá)到750MPa及以上的先進(jìn)高強度鋼（AHSS）的應(yīng)用。預(yù)測顯示，高強度鋼將在2025年前后占到車身用材的40%份額。

與其它輕型材料相比，AHSS可以讓汽車生產(chǎn)商減輕汽車重量，并且同時滿足當(dāng)今最高的防撞標(biāo)準(zhǔn)。但是，在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中，這些材料往往會出現(xiàn)問題。

比如，盡管AHSS能用傳統(tǒng)的機械沖壓設(shè)備加工，但通常需要大噸位設(shè)備才行。而這會對模具產(chǎn)生不利影響，如，會造成模具甚至沖壓機斷裂。在沖壓機最大噸位受到局限的情況下，高強度鋼有可能造成沖裁作業(yè)被轉(zhuǎn)移到大容量的沖壓機上進(jìn)行加工，以獲得同樣的切割效果。這樣一來，在提高生產(chǎn)率的同時，切割工具成本也顯著增加，并且加快刀具的純化速度。

另外，由于鋼材硬度增加，在機械沖裁作業(yè)中，沿切割邊緣會出現(xiàn)微裂縫的可能。這些微細(xì)裂縫在成型階段會慢慢發(fā)展，最終導(dǎo)致發(fā)生開裂問題。
 

圖2：激光切割打造出干凈的邊緣效果，基本上消除了高級鋼材采用機械沖裁所造成的微細(xì)裂縫問題。
 

與剪切或沖壓式機械加工方式相比（圖2），使用LaserCoil公司研發(fā)的卷材激光下料系統(tǒng)不會產(chǎn)生微細(xì)裂縫。它最大程度地減少了切割邊緣硬度的變化，產(chǎn)生的碎渣也比機械切割常見的毛刺少很多。在大多情況下，薄型材料上不會出現(xiàn)碎渣。這一高品質(zhì)顯著改善了成型質(zhì)量，提高了抗撕裂性，切割邊緣可以直接用激光焊接。
 

圖3：激光落料為快速反應(yīng)及批次更換提供了工藝靈活性，并可節(jié)約大量時間。
 

激光切割同樣提供了快速換批的靈活性，可以迅速適應(yīng)汽車產(chǎn)量的變化（圖3）。傳統(tǒng)的沖壓工藝要求很長的模具生產(chǎn)時間，一般開發(fā)一套原始的成型模具要花費半年至一年。加上試驗和修正時間，在試驗完成后，還需要14-16周生產(chǎn)最后裁切模具，整個過程非常漫長而昂貴。

激光加工不再需要專門的模具，因為一天不到的時間內(nèi)就可以定購材料、完成編程。有的時候只需要幾個小時就行。如果使用硬質(zhì)模具，即便變更極其微小，也會帶來大量的工作。利用激光切割時，可采用簡單的二維CAD軟件修正程序。原來需要耗費數(shù)日完成的昂貴的變更，現(xiàn)在幾乎不需要什么代價，花5分鐘就可以輕松做到。

開展測試

自2014年以來，Precision Strip公司已利用Laser Coil的卷材激光落料設(shè)備，在其位于俄亥俄州佩里斯堡的工廠成功完成了成千上萬卷鋼部件的激光裁切工作，為汽車生產(chǎn)進(jìn)行開料、滿足原型生產(chǎn)小批量試制、裁切板料生產(chǎn)變更，以及維修部件的需要（圖4）。“所有生產(chǎn)的裁切料均達(dá)到了客戶所要求的一致的幾何形狀、切割邊緣質(zhì)量、以及板材潔凈等要求，” Precision Strip公司銷售及市場總監(jiān)Don Tomasek說道，“我們不斷開發(fā)和優(yōu)化該項新技術(shù)，并對自己能為現(xiàn)有和未來客戶提供的靈活性和不同選擇感到非常振奮。”

圖4：自2014年以來，Precision Strip公司已經(jīng)成功將LaserCoil的卷材激光落料設(shè)備用于其位于俄亥俄州佩里斯堡的工廠。

因此，激光落料是您正在尋找的生產(chǎn)解決方案嗎？取得這些進(jìn)展后，卷材激光切割不再只是適用于小眾生產(chǎn)的選擇，在任何生產(chǎn)作業(yè)中，它能夠被視為一種可靠及靈活的生產(chǎn)替代方案，并證明了其100,000件批次量的生產(chǎn)能力。無論如何，基于這種技術(shù)特別適用于攻克先進(jìn)材料加工、處理復(fù)雜形狀及交付問題等方面所遇到的難題，因而成為應(yīng)對當(dāng)今行業(yè)挑戰(zhàn)的絕佳選擇。