如何选择正确的光纤激光切割装置

来源:荣格

发布时间:2018年11月6日下午 03:11:01

选择正确的解决方案可提高生产效率并节约成本

光纤激光器技术在过去数年获得了迅速发展,在选择高功率光纤激光器时,很难区分什么是重要的。除了最高额定功率或所宣传的最快进料速率之外,还有更多的因素需要考虑。为确保成功,需涉及许多评价领域的整体考虑。其中一些考虑因素可能包括额定功率和进料速率,但还应该包括辅助气体切割解决方案、以及单件成本、自动化和为应对未来增长的扩展能力。

许多年以来,工业标准是以整个90年代末至2000年代所销售的最普通的激光功率为基础的,也即功率范围在4千瓦内的二氧化碳(CO2)激光器。的确是有一些更高的机器等级,但最常见的都在这个范围内。CO2技术的进步经历了近30年,在其中的许多年里趋于平稳,而瓦数却从未增长到超过6千瓦的范围。这与我们所看到的光纤激光器技术的发展形成了很大的反差。

高功率光纤激光器的优点

当光纤激光器在2000年代中期被引入的时候,市场反应平平,直到2010、2011年光纤激光器才得到应有的反响。从这时起,激光切割行业开始注意到各大机器制造商引入其产品,相信这项技术能够成为一个可行的生产工具,具备大量优势(在激光切割行业中才开始见到主要机器制造商充满自信地介绍他们的产品道:这项技术有作为可实现的生产工具的能力,并具有许多优势。

在早期版本中,第一批激光器的功率介于2至4千瓦之间。短短几年,其等级迅速上升了一倍甚至三倍。随着光纤激光器技术的快速发展,需要考虑的因素很多。对于生产需要来说什么是最好的?将其全部整合在一起以最大程度地满足制造业的需要,是一项极大的挑战。

高功率激光器带来了许多优点,包括提高生产率和吞吐量,以及降低单位小时的运行成本和能源效率。在享受这些益处的同时,有一个问题可能被忽略了,即在需要大量气体和一定压力的中厚材料切割时氮气的消耗量。针对这一问题,进一步研究通过不同切割技术进行零件加工,也有助于降低单个零件的加工成本。

氮气切割

通过评估氮气生成系统、优化的喷嘴技术、更高的氮气纯度水平和辅助气体压力,可以获得良好的边缘质量以及较低的零件成本等益处。应用这些技术能带来20-30%的进料速率提升,同时与传统的氮气切割相比,辅助气体消耗量减少了70%。

氮气切割通常是当切削材料处于加工范围内时的首选方法。与在下游工艺中会留下必须去除的氧化边缘的会发生变热反应的氧气切割相比,氮气是首选的方法,因为它能减少这类二次操作,并允许产品直接进入粉末涂层或焊接工序。

图1:该N 代系统为激光切割提供清洁、干燥的氮气。

场内氮气生成可能适用于那些正在寻找一种简单解决方案以消除薄材料内部氧化、且不需要高纯氮气的用户。Amada的氮气生成系统可提供清洁、干燥的切割用氮气,它也可以与气体混合器一起使用,从而实现更多的材料加工选项(图1)。

辅助气体选择

混合这些辅助气体在为不同材料创造最合适的环境上有优势。这是通过为现有氧气和氮气供应系统添加气体混合器,然后将这种混合气体供给机器,以形成可改善边缘质量和无浮渣处理的另一个解决方案。

例如,在激光铝切割中,不进行二次去毛刺加工的话,其边缘质量是不可接受的。在切割工艺中引入少量氧气,可以实现无浮渣纤维激光器铝切割。混合气体则可同时获得以下的便利性:更高的切割质量、保持可焊性以及粉末涂层应用毋须任何二次工艺影响。

添加气体混合器也有利于中厚低碳钢的切割。这个范围包括11-量规7-量规、1/4英寸,以及3/8英寸材料,这些材料以往都是使用氧气利用CO2激光器切割的,现在,利用高功率光纤激光器的优势,可以采用氮气切割,采用混合气体切割则更佳。如上所述,与传统的纤维氮气切割相比,进料速率可提高20-30%,同时辅助气体消耗量减少70%以上。这种先进的切割解决方案是通过喷嘴技术、高气体纯度水平以及高流速来实现的。

如何选择自动化系统

明智地选择好自动化系统,对于让整个解决方案更趋完善、并最大限度地提高平稳运行时间是来说极其重要的。高速切割导致嵌套循环时间大大缩短,自动化的速度现在与先前的CO2循环时间相关性更高。在考虑最适合制造需求的自动化时,应该评估当前和未来的需求。最佳的自动化解决方案应该是一个灵活的系统。灵活的系统有助于配置出一个既能充分利用光纤激光器,同时又能扩展并提升业务的系统。

在早期包含激光的自动化单元中,循环时间超过3-4分钟,并且自动化速度没有当前那么大的影响。光纤激光器可以产生嵌套循环时间,这就要求自动系统在1分钟之内将下一张板材提供给激光器以备切割。为了实现这些快速的自动循环时间,要求系统同时执行多个任务。

图2:卸载先前已切割好的,同时拾取下一张,使激光器能交换切割托盘,并继续处理。

例如,系统一边从移动工作台上卸载先前已切割好的,一边从原材料堆栈中拾取下一张以便即时替换已卸载的。这使激光器能简单地交换切割托盘并继续处理,而不必等待自动化系统递送下一张板材(图2)。

材料存储

另一个可以满足您需求的自动化领域是材料存储。您可能接受单个原料架吗?您是否需要存储多种材料以便按计划通过光纤激光器?与不知道何时需要进行下一份加工订单的生产车间相比,一家能够预测未来生产需求的大型OEM制造商要回答上述问题通常更为容易。这两种不同的情形可以通过相同的柔性自动化系统来处理。生产车间可能存在最基本的自动化需要,以便在非高峰班次的时候最大化生产,并且只需为激光器提供一个托盘的原料。

OEM制造商或者稍大的生产车间,可能会需要一个能随时向激光器递送多种材料的存储系统。从一个具有灵活性的、可以随时扩充的系统出发,可使企业有能力准备好应对将来可能出现的任何情况。

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