聚焦:30kW超高功率激光切割設備的市場應用
                                                2020-4-1 15:11:48

                                                當今的金屬板材焊接加工工藝過程大致為:金屬板材下料→板材邊緣加工→裝配與焊接→熱處理→機加工→完成,板材的下料切割是焊接加工過程的第一步,目前市場上常規的板材切割工藝大體分為:火焰切割、等離子切割和激光切割。

                                                 

                                                中厚板切割方式對比

                                                對于中厚板材下料切割的主要方法在五、六十年代用氧乙炔火焰切割;七十年代后,為了改善和提高火焰切割的切口質量,又推廣了氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。各種切割下料方法都有其優缺點,在工業生產中有一定的適用范圍。

                                                火焰切割是鋼板粗加工的一種常用方式。切割設備的成本低,是切割厚金屬板唯一經濟有效的手段,但與等離子相比較,火焰切割的熱影響區要大許多,熱變形也比較大,無法對銅、鋁等有色金屬及不銹鋼進行切割,且環境污染較為嚴重。

                                                等離子切割,切割領域寬,可切割所有金屬板材,切割速度快,效率高,切割精度高于火焰切割。但是切割厚板錐度較大,割縫較寬,批量加工的情況下會造成大量的材料浪費,并且會產生有害氣體及大量煙塵,造成污染。

                                                與傳統的氧乙炔、等離子等切割工藝相比,激光切割速度快、切縫窄、熱影響區小、切縫邊緣垂直度好、切邊光滑,同時可切割材料的種類多。激光切割技術的出現,開辟了激光技術在工業應用的新領域,在微電子、軌道交通、模具、汽車制造等領域的應用市場前景廣闊,激光切割機的研發與應用無疑是對現代工業生產的重大提高和創新突破。

                                                 

                                                大功率激光切割技術

                                                隨著當今重工業的不斷發展,激光切割已經逐漸從薄板切割行業向厚板切割領域過渡,意味著激光切割將進入大功率的時代。

                                                針對新時代工業制造對金屬切割精度與厚度提出的新需求,激光切割機的可實現功率越來越高。如今,大功率激光切割設備已廣泛應用在幾乎所有板材加工制品的上游,大到航天飛機、輪船、汽車,小到洗衣機、冰箱、空調等,都離不開大功率激光切割機。除了工業制造,大功率激光技術及裝備亦是國防戰略和新興產業的制高點之一,對國家安全和國民經濟建設起著重大支撐作用。從工業發展來看,大功率是激光切割行業發展到一定階段的必然產物,也是行業的大勢所趨。

                                                在金屬板材加工行業,激光切割機已經建立起獨有的加工優勢,表現出高效率、高質量、高精度的特性,正在逐步取代傳統的加工工藝。但是在中厚板加工領域,激光切割卻面臨著一些困難:厚板切割需要更高的激光設備功率,技術難度大;大功率激光切割高端技術被國外先進企業壟斷,國內技術發展受制于人;隨著板材的厚度增加,切割工藝難度越來越高,需要大量的試驗和探索,從而得到穩定的切割工藝參數;板材越厚,切割速度越慢,用戶的生產效率會受到嚴重制約;隨著功率及板厚的增加,切割機本身的承載力,抗燒灼能力,除塵能力也需要進行相應的提升。

                                                 

                                                超高功率激光切割機

                                                針對這些技術局限,國內的激光設備生產廠商在中厚板切割領域一直積極的尋求突破。特鎂機電在經過不斷的努力與摸索之后,終于取得了里程碑式的技術成果:新推出的S系列 v2.0版超高功率激光切割機(圖1),功率最高可達到30kW,具有超高的速度、加速度,輔以自動尋邊、自動噴嘴更換、自動調焦、無感穿孔等智能化配置和功能,整體性能、技術指標達到國際領先水平,可實現全自動、無人值守式生產。


                                                 

                                                主要優勢

                                                設備采用珠光體灰口鑄鐵床身(圖2),由于珠光體基體的存在,零件的強度、硬度相較于鐵素體基體的零件提升20%(圖3);且在分布均勻的珠光體基體中存在細小的石墨片,相對于焊接床身和普通鑄鐵床身,設備可獲得更高強度的結構剛性,并能起到優異的減振效果和抗蠕變性能。

                                                基于以上,使得設備在超高速度和加速度工況下,整體機械結構依然保持變形小、振動低的特性,從而獲得極高的機床精度,延長客戶的設備迭代周期,降低客戶的使用成本。

                                                圖2 珠光體灰口鑄鐵床身

                                                圖3 珠光體與鐵素體晶狀圖對比

                                                 

                                                三棱式超高壓蜂窩鋁橫梁

                                                運用航空級材質鋁合金,整體三棱式超穩定結構,抗扭曲、抗傾覆性能強,力學性能最優;蜂窩式內腔設計,抗變形,可有效分散內外部應力,結構穩定性高;超高壓塑性生產,結構致密,強度大幅提升,設備相關特性如表1所示。

                                                一方面獲得最穩定的結構形式,另一方面提升龍門橫梁剛性,同時采用超高壓塑性生產工藝,從原理、結構、生產工藝多方面優化提升,實現了最輕的質量和最高的剛性,保證了高速、高精度的應用需求。

                                                 

                                                顛覆功能

                                                ⑴智能加工。

                                                 

                                                智能加工功能,可以根據用戶輸入的板材厚度及材料,自動識別并更換噴嘴,并實現自動標定、尋邊、加工以及平臺交換等功能,免去客戶批量切割板材的重復性操作,降低勞動強度,提升了用戶的加工效率。

                                                 

                                                ⑵零秒無感穿孔。

                                                 

                                                1)無級穿孔,大幅降低穿孔時間約75%,提高加工效益;

                                                表1 設備特性

                                                2)持續穿孔穩定性高,廢孔率從約5%降低到0.2%,提高工件的完整度;

                                                 

                                                3)準確率高,堆渣少,隨動穩定,起刀點穩定,保證最佳的切割斷面;

                                                 

                                                4)減少穿孔時間,節省氣體,減少用電量,降低激光器、切割頭的損害風險,提高材料利用率;

                                                 

                                                5)封裝工藝,即學即用,針對不同加工場景及需求化繁為簡,一步到位。

                                                 

                                                ⑶厚板極限小孔切割。

                                                在激光切割領域,行業內一直認為板材的厚度即為切割小孔的最小直徑,而S 系列實現了最小孔徑為板厚的0.2 倍甚至更低(圖4)。

                                                圖 最小孔徑≤板厚的0.2倍

                                                 

                                                完美尖角切割工藝是特鎂機電針對碳鋼厚板高質量切割開發出的新型工藝,較之前標準切割工藝,新工藝亮面切割速度更快、斷面坡度更?。?5mm 碳鋼單邊15 絲)。尖角切割產品如圖5所示。

                                                ⑸聯動速度大。最快聯動速度:200m/min;最大聯動加速度:4g。⑹搭載全球最高功率的設備。S系列v2.0版是目前世界上最高功率的激光切割設備,打破了國外技術的壟斷,切割不銹鋼的厚度提升至130mm(圖6),碳鋼可達70mm(圖7),也是中厚板加工設備的一次顛覆性突破。

                                                 

                                                 

                                                 

                                                結束語

                                                中厚板作為工業中重要的板材種類,一直被廣泛應用于各個領域,其加工水平是相關行業發展的重要標志之一,我國超高功率激光切割機的出現將使得這些行業迎來一次質的飛躍,特鎂機電聚焦激光切割領域的發展,致力于不斷突破新技術、新工藝,真正做到滿足市場需求,引領行業發展!

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