實(shí)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(huì)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(jī)器人（配置了裝/卸工作臺(tái)和碼垛系統(tǒng)）結(jié)合用于鈑金下料的自動(dòng)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(shí)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(huì)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(jī)器人（配置了裝/卸工作臺(tái)和碼垛系統(tǒng)）結(jié)合用于鈑金下料的自動(dòng)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(kāi)發(fā)新型、可行并且適用于高產(chǎn)的激光落料解決方案開(kāi)啟了新的機(jī)遇。作為車用高速卷材加工設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)供應(yīng)商，位于美國(guó)俄亥俄州拿破侖市的Automatic Feed 公司看到了用激光直接對(duì)卷材進(jìn)行下料裁切的優(yōu)勢(shì)。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(kāi)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(kāi)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(lái)替代沖壓機(jī)和剪床等設(shè)備，以克服先前所面臨的傳統(tǒng)障礙。通過(guò)5年的研發(fā)，在開(kāi)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(lái)成了一個(gè)獨(dú)立的公司，并將此專利技術(shù)推向市場(chǎng)。

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(xiàng)專利。這一流程需要用到一系列可以支撐卷帶材，同時(shí)可以為激光頭提供切割路徑的動(dòng)態(tài)型材傳送裝置。這些小的通道相互獨(dú)立地進(jìn)行動(dòng)態(tài)復(fù)位，以確保運(yùn)（移）動(dòng)中的激光頭下方形成無(wú)障礙的通道。這樣一來(lái)，卷材也可以順暢地通過(guò)系統(tǒng)，不會(huì)造成前擁后堵，并可以在切割過(guò)程中自動(dòng)清除廢料，獲得無(wú)毛刺、即用型部件。
 

圖1：LaserCoil系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)型材傳送裝置來(lái)支撐卷帶材，同時(shí)為安裝在三軸線性電機(jī)臺(tái)架上的光纖激光頭提供無(wú)阻礙的切割通道。

采用線性感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)臺(tái)架上的激光頭（圖1）可以被配置于沿卷材運(yùn)動(dòng)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(diǎn)是，從資本投資的角度來(lái)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(dòng)系統(tǒng)相融合。

LaserCoil原來(lái)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(gè)激光頭，就可以分?jǐn)偲胶馇懈钬?fù)荷，減少加工時(shí)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(xiàng)重大進(jìn)展是可以選用制動(dòng)/啟動(dòng)（進(jìn)料指數(shù)）或連續(xù)運(yùn)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(shì)

對(duì)于汽車輕量化的關(guān)注迎來(lái)了新型材料和金屬等級(jí)的入市，這又增加了更多拉伸強(qiáng)度達(dá)到750MPa及以上的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS）的應(yīng)用。預(yù)測(cè)顯示，高強(qiáng)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(shí)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(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

比如，盡管AHSS能用傳統(tǒng)的機(jī)械沖壓設(shè)備加工，但通常需要大噸位設(shè)備才行。而這會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生不利影響，如，會(huì)造成模具甚至沖壓機(jī)斷裂。在沖壓機(jī)最大噸位受到局限的情況下，高強(qiáng)度鋼有可能造成沖裁作業(yè)被轉(zhuǎn)移到大容量的沖壓機(jī)上進(jìn)行加工，以獲得同樣的切割效果。這樣一來(lái)，在提高生產(chǎn)率的同時(shí)，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(jī)械沖裁作業(yè)中，沿切割邊緣會(huì)出現(xiàn)微裂縫的可能。這些微細(xì)裂縫在成型階段會(huì)慢慢發(fā)展，最終導(dǎo)致發(fā)生開(kāi)裂問(wèn)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(jí)鋼材采用機(jī)械沖裁所造成的微細(xì)裂縫問(wèn)題。
 

與剪切或沖壓式機(jī)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(huì)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(jī)械切割常見(jiàn)的毛刺少很多。在大多情況下，薄型材料上不會(huì)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(shí)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(zhǎng)的模具生產(chǎn)時(shí)間，一般開(kāi)發(fā)一套原始的成型模具要花費(fèi)半年至一年。加上試驗(yàn)和修正時(shí)間，在試驗(yàn)完成后，還需要14-16周生產(chǎn)最后裁切模具，整個(gè)過(guò)程非常漫長(zhǎng)而昂貴。

激光加工不再需要專門的模具，因?yàn)橐惶觳坏降臅r(shí)間內(nèi)就可以定購(gòu)材料、完成編程。有的時(shí)候只需要幾個(gè)小時(shí)就行。如果使用硬質(zhì)模具，即便變更極其微小，也會(huì)帶來(lái)大量的工作。利用激光切割時(shí)，可采用簡(jiǎn)單的二維CAD軟件修正程序。原來(lái)需要耗費(fèi)數(shù)日完成的昂貴的變更，現(xiàn)在幾乎不需要什么代價(jià)，花5分鐘就可以輕松做到。

開(kāi)展測(cè)試

自2014年以來(lái)，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(wàn)卷鋼部件的激光裁切工作，為汽車生產(chǎn)進(jìn)行開(kāi)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(chǎng)總監(jiān)Don Tomasek說(shuō)道，“我們不斷開(kāi)發(fā)和優(yōu)化該項(xiàng)新技術(shù)，并對(duì)自己能為現(xiàn)有和未來(lái)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(lái)，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(wú)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(wèn)題等方面所遇到的難題，因而成為應(yīng)對(duì)當(dāng)今行業(yè)挑戰(zhàn)的絕佳選擇。