卷材激光落料技术彰显高度灵活性和快捷性

1、卷材激光落料技术：彰显高度灵活性和快捷性实践证明， 使用激光器切割各种固定、 矩形的板材 （料） 是一种可行的技术。但基于切割速度的限制，以及如何找到 高效的方法才能将这种技术整合到裁切板料的大规模生产 线中的这一难题，会阻碍激光切割在大批量生产中的应用。 直到最近， 将激光器与机器人 （配置了装 /卸工作台和码垛系 统）结合用于钣金下料的自动化解决方案才从根本上将这一 发展进程又向前推了一步。在此之前，激光切割仅用于原型 生产以及形状复杂的金属板料的小批量生产中。实践证明， 使用激光器切割各种固定、矩形的板材（料）是一种可行的 技术。但基于切割速度的限制，以及如何找到高效的方法才 能将这种技

2、术整合到裁切板料的大规模生产线中的这一难 题，会阻碍激光切割在大批量生产中的应用。直到最近，将 激光器与机器人 （配置了装 /卸工作台和码垛系统） 结合用于 钣金下料的自动化解决方案才从根本上将这一发展进程又 向前推了一步。在此之前，激光切割仅用于原型生产以及形 状复杂的金属板料的小批量生产中。如今，激光技术领域的 最新进展和切割速度的提高，为开发新型、可行并且适用于 高产的激光落料解决方案开启了新的机遇。作为车用高速卷 材加工设备和自动化系统供应商，位于美国俄亥俄州拿破仑 市的 Automatic Feed 公司看到了用激光直接对卷材进行下 料裁切的优势。拥有伺服剪床和高速堆垛设备在内的产品

3、组 合，使得开发出一种将激光器与其它生产线进行融合的手段 成为公司重要的发展策略。 21世纪中期， 该公司投资开发了 一种可以直接切割卷材的激光切割解决方案，目的是为了使 用激光器来替代冲压机和剪床等设备，以克服先前所面临的 传统障碍。通过 5 年的研发，在开发出可以试生产的原型设 备后， 2011年， LaserCoil Technologies LLC 被剥离出来成了 一个独立的公司，并将此专利技术推向市场。继 2012 年用 原型生产线试产成功后， 2014 年， LaserCoil Technologies 首 先推出了其生产的卷材激光落料系统。 LaserCoil 的系统具有 可成功

4、应用于生产环境的多项专利。这一流程需要用到一系 列可以支撑卷带材，同时可以为激光头提供切割路径的动态 型材传送装置。这些小的通道相互独立地进行动态复位，以 确保运（移）动中的激光头下方形成无障碍的通道。这样一 来，卷材也可以顺畅地通过系统，不会造成前拥后堵，并可 以在切割过程中自动清除废料，获得无毛刺、即用型部件。图 1： LaserCoil 系统采用动态型材传送装置来支撑卷带材， 同时为安装在三轴线性电机台架上的光纤激光头提供无阻 碍的切割通道。 采用线性感应电机驱动的激光切割头，可以切割紧密嵌套的 复杂曲线形状。这些安装在高速三轴线性电机台架上的激光 头（图 1）可以被配置于沿卷材运动路径

5、的多模块化切割单元中，以平衡工作负荷、提高产量，并且获得与传统落料方 法相似的加工速度。很重要的一点是，从资本投资的角度来 看，这款卷材激光落料系统非常灵活，可以与任何卷钢生产 线自动系统相融合。 LaserCoil 原来的系统配有 4kW 功率的 单头光纤激光器，可将材料按照进料指数模式向前传送，从 而获得高收益率和高速加工，小部件生产速度可达32ppm，更大尺寸的面板的加工速度可达18ppm，批次加工数量最高可为30,000件。自此以后，LaserCoil公司一直不断投资研发。 其最新的卷材激光落料系统配置了 6kW 功率的多头式激光 器，显著提高了部件的加工速度。该技术可加工厚度为 0.

6、5-3.5mm、最大宽度达2.1m的卷钢材料。最初的单头系统 能够以 2.5m/s 的直线速度切割 1.0mm 的材料。但额外添加 一个激光头，就可以分摊平衡切割负荷，减少加工时间，提 高生产率。与单头系统相比，多头式的卷材激光落料设备平 均可提高 85%的生产率，非常适合批次数量为100,000 件的大规模加工作业。该系统的另一项重大进展是可以选用制动 /启动（进料指数）或连续运行模式。用户因此可以根据特定 的部件形状优化切割参数。例如，大型、复杂的部件或需要 严格控制边缘公差的切割任务，可能采用进料指数模式更 好。激光切割顺应产业趋势 对于汽车轻量化的关注迎来了新型材料和金属等级的入市，

7、这又增加了更多拉伸强度达到 750MPa 及以上的先进高强度钢（AHSS）的应用。预测显示，高强度钢将在2025年前后占到车身用材的 40%份额。与其它轻型材料相比，AHSS 可以让汽车生产商减轻汽车重量，并且同时满足当今最高的防 撞标准。但是，在现有的生产工艺中，这些材料往往会出现 问题。比如，尽管 AHSS 能用传统的机械冲压设备加工，但 通常需要大吨位设备才行。 而这会对模具产生不利影响， 如， 会造成模具甚至冲压机断裂。在冲压机最大吨位受到局限的 情况下，高强度钢有可能造成冲裁作业被转移到大容量的冲 压机上进行加工，以获得同样的切割效果。这样一来，在提 高生产率的同时，切割工具成本也显

8、著增加，并且加快刀具 的纯化速度。 另外， 由于钢材硬度增加， 在机械冲裁作业中， 沿切割边缘会出现微裂缝的可能。这些微细裂缝在成型阶段 会慢慢发展，最终导致发生开裂问题。图 2：激光切割打造出干净的边缘效果，基本上消除了高级钢材采用机械冲裁所造成的微细裂缝问题。与剪切或冲压式机械加工方式相比（图 2），使用 LaserCoil 公司研发的卷材激光下料系统不会产生微细裂缝。它最大程 度地减少了切割边缘硬度的变化，产生的碎渣也比机械切割 常见的毛刺少很多。在大多情况下，薄型材料上不会出现碎 渣。这一高品质显著改善了成型质量，提高了抗撕裂性，切 割边缘可以直接用激光焊接。图 3：激光落料为快速反应

9、及批次更换提供了工艺灵活性，并可节约大量时间。激光切割同样提供了快速换批的灵活性，可以迅速适应汽 车产量的变化 （图 3）。传统的冲压工艺要求很长的模具生产 时间，一般开发一套原始的成型模具要花费半年至一年。加 上试验和修正时间，在试验完成后，还需要 14-16 周生产最 后裁切模具，整个过程非常漫长而昂贵。激光加工不再需要 专门的模具，因为一天不到的时间内就可以定购材料、完成 编程。有的时候只需要几个小时就行。如果使用硬质模具， 即便变更极其微小， 也会带来大量的工作。 利用激光切割时， 可采用简单的二维 CAD 软件修正程序。原来需要耗费数日 完成的昂贵的变更，现在几乎不需要什么代价，花 5 分钟就 可以轻松做到。开展测试自 2014 年以来， Precision Strip 公司已利用 Laser Coil 的卷材 激光落料设备，在其位于俄亥俄州佩里斯堡的工厂成功完成 了成千上万卷钢部件的激光裁切工作，为汽车生产进行开 料、满足原型生产小批量试制、裁切板料生产变更，以及维 修部件的需要（图 4）。“所有生产的裁切料均达到了客户所 要求的一致的几何形状、切割边缘质量、以及板材洁净等要求，” Precision St