金属板材切割现状：从冲裁到折弯策略的演进

总部位于美国德克萨斯州罗克沃尔市的SpecialProducts&Mfg.公司（以下简称“SPM”）配备了三台天田公司出品的可自动更换工具的折弯机，今年早些时候，它又安装了第四台折弯机。最新的这一台颇为自动化——有一个机械手专门处理成形作业，另一个机械手专门更换工具。

在 Special Products & Mfg. 公司购买第一台光纤激光机之前，采用的是冲压/激光组合切割。它现在有两种加工组合，都是自动化的。 Special Products & Mfg. 公司

所有这些都得益于切割作业的高效与高产。从人员和机器角度衡量，这个部门比20年前的规模更小。整个行业范围内都出现了这样的趋势：更小的切割部门却能生产出比以往任何时候都多的零件。SPM公司就是个好例子。

一个顶三个

这些年来，SPM公司的客户群发生了变化，但绝大多数客户都需要切割10GA以及更薄的钣金产品。SPM工厂可以切割较厚的材料——毕竟这是家加工厂——但薄材仍然是其主要业务。考虑到光纤激光加工机在薄材上惊人的加工速度，一台2kW的光纤激光加工机（天田出品）的产量比三台自动化CO2激光加工机合起来还要多，也就不足为奇了。

自1995年安装了第一台CO2激光切割机以来，SPM的切割技术逐步发展。该公司首席技术官JamesMorris若有所思地说：“那台CO2激光切割机的切割功率是1kW，完全没有自动化可言。那是我们进入激光切割领域的第一步，就在10年前，对于我们来说，似乎都是需要10个穿着实验室白大褂的博士才能操作激光加工机呢。”

五年后SPM安装了第二台CO2激光加工机。“那是一台功率达到1500W的高功率机。”Morris再次若有所思地说。

当时，公司将两台机器连接到一个中央塔台系统上。又过了八年（即2008年），公司在这个塔台系统中又增加了一台4kW的CO2激光加工机。

九年后，公司迎来了自带塔台的2kW光纤激光加工机，产量有了显著提高。随后SPM公司又投资购买了一台3kW光纤激光加工机。Morris说，“我们用3kW激光加工机快速回应客户，它让我们能够切割更厚的材料。与此同时，那台配有塔台的2kW光纤激光加工机承担着激光切割的主力作业。”

SPM公司迎来了自己的新时代。这家加工厂就像一架现代化的喷气式飞机，每个机翼上都有一台非常强大又可靠的引擎（光纤激光加工机）。这两台“引擎”还支持着更高效的下游操作，包括ATC折弯系列。

看到这里，或许有人要问，那么在今后的车间里是否仅凭一束或几束超级高效的激光，就可以为下游ATC折弯机、手动和自动焊接单元提供待加工的金属板材了？不一定。SPM的冲床仍在工作——这说明了激光加工也只是非常复杂的冲裁拼图中的一块而已。

SPM 公司的2kW光纤激光加工机具有广泛的自动化性能，但那台3kW光纤加工机不能。为什么呢？因为需要加工混合零件。

冲孔的位置

在钣金设计中，最简单的往往最好。SPM公司20多年来一直都能够在四个独立转塔上冲出简单形状，而它进行冲压作业的历史还要长得多。公司在1980年安装了首台转塔冲床，一台天田Pega，那还是德克萨斯州的首个同类产品。到2008年，SPM公司已拥有了五台转塔冲床、三套联合冲剪机。

“我们有一个客户，订单从没有超过50个零件，非常复杂，所用材料都超过了0.090英寸铝的规格，”Morris回忆道：“我们在冲床上制作，即使转塔上有58个工站，有时仍然不够，因为这些零件太复杂了。”

“所以我们购买了第一套冲压激光组合，这样就能把一个半永久工具加载在转塔上，让那整套零件能够加工完成，我们还在任何没有合适冲压工具的地方使用了激光。”

然而随着时间的推移，零件组合改变了，直边让位于复杂轮廓。Morris说：“我们实际上是在把这些部件强制由联合冲/剪机来接手。所以当冲床激光系统的生产能力扩大后，我们调整了这些工作。”

SPM 公司在 1980 年安装了它的第一台转塔冲床。这也是德克萨斯州的第一台。

SPM公司的混合切割技术不仅服务于他的客户，也服务于其员工，为冲床和激光专门从业人员提供良好的培训和职业道路。冲床操作新手通常会从磨削区开始。公司生产主管JasonGrand-Lienard表示：“我们发现不是所有人的加工过程（比如检查和重新研磨）都是一样的。因此，聘用了新员工之后，我们希望他们能够适应SPM的加工方式。在把工具放入转塔前，他们需要完全明白我们的战略。

“经过几个月的加工培训后，我们会让他们上冲床，他们会在操作员身后亦步亦趋学习大约1~2个月，直到获得能够独立操作机器的认可。”

每位冲床操作员都有一个叉车操作许可证。因此，如果他们有时间，而切割部门专门的材料处理人员又不在，冲床操作员也可以卸载材料。这可能会增加冲床的闲置时间，但单机冲床并不是这家公司负责产品量产的机器。正相反，它们是为SPM公司快速响应小批订单、完成简单几何图形零件作业的，目标是尽快获得那些下游的小批量订单。

Morris说：“如果我们要制造上面有两个孔的长方形支架，只需做200件订单，我们就会架好单机转塔冲床，在它上面完成，然后把材料装上转塔进行组合。单机转塔冲床仍在我们的运营中发挥着重要作用。”

当然，单机转塔冲床也可以制造更大的零部件订单。“我们的三个转塔都安装有单托盘装载机，”Morris说，“所以我们可以将几百张的16GA板材扔上机器，让它运行，它们仍是非常高产的。”

组合策略

一旦操作员对冲压技术有了初步了解，他们就会爬上梯子，接受冲压激光组合机的交叉培训。

每台机器都有自己的材料处理塔，可以进行复杂的工作。战略性嵌套、切割排序和微标尤其重要。正如Morris所解释的那样，一个自动吸取式零件拾取器可以从机器中挑出大约70%的合格完成品。

与老式冲床一样，当板材被夹紧并沿X、Y方向移动时，冲床就会切割零件。当板材静止不动时，激光会沿着自己的运动轴进行最后的切割，就像在飞行光学激光切割机上那样——把零件弄松，然后零件拾取器会就地检查零件并把它们堆叠起来。

这与传统“先摇后切”的做法不同。再一次，SPM公司挑出30%的零件，在件身贴上标签，送回塔台，稍后处理零件破损小组会将它们取回。必须挑选零件。质量不合格的零件有可能翻倒、撞坏切割头。

观察零件拾取器的运行情况，您可能会觉得自动化过于复杂和繁琐。为什么要费这个力让零件拾取器定位、排列零件呢？

原因很简单。正如Morris所解释的，拾取器让零件处于移动状态。测量从冲压激光组合的第一次切割到折弯机的第一次折弯之间的时间，自动化的效果可能从一开始就显现出来。最重要的是，自动化是可预测且性能一致的。“如果用手工摇切的方法，在最初的30分钟里产量确实提高了，但是之后人员就会变得疲劳。”Morris说道。

同时，自动化的机器可以在无人值守的情况下一直运行。“我们在周末也几乎不间断地使用这套冲压激光组合。会有员工来搬成品，把新板材装进转塔中，但也仅此而已。”

激光切割的策略

SPM的两台光纤激光器也采用了类似的“让零件保持运动”的策略，一台的功率是2kW，另一种是非自动化的3kW。为什么不让3kW激光加机也自动化起来呢？它着实比已经实现自动化的2kW光纤激光加工机更强大，操作员怎么可能跟得上？

再次回到SPM公司为客户设计的组合。制造商倾向于将切割较厚的钣金件（厚度大约3/8英寸）作为其低批量订单作业中能实现“长尾效应”的那个部分，主要是为了满足大客户的切割需求，因为他们通常订购较薄的部件。如果加工的是较厚的材料，尤其是需要加工大量小零件时，在下一个切割周期结束前，操作员很容易就能手动停止排料。

Morris随后还表示：“在我们的业务真的非常忙的时候，一台自动光纤激光加工机每周工作90至100个小时。而在多年前，作为柔性制造系统（FMS）一部分的三台CO2激光加工机，每周的切割时间约为60小时——这不是‘一台’机器，而是全部三台的切割时间。”

结语

光纤激光器技术还在不断发展，比如用一些机器不断改进光束参数，使切口变宽，从而使操作“对零件加工更友好”，来应对即使最复杂的毛坯轮廓。冲裁技术仍在继续进化，加工厂的选择比以往更多了。

SPM公司展示了别具个性化的“从冲裁到折弯”的现代战略。这是加工厂自己的选择。您仍然会听到以每分钟多少英寸的速度切割某些板材（特别是片材）的说法，但通常是在“从冲裁到折弯”这个循环作业中，或者更具体地说，是从第一次切割到最后一次折弯的过程中。切割到折弯这个循环作业的特性会随着作业的变化而变化，但是有一个主线始终贯穿其中：一个切割零件并没有被真正的切割加工好，他还需要下一步的精加工。

作者：TimHeston