矫平设备带来的制造再平衡

位于美国明尼苏达州Paynesville的Louis Industries，过去三年一直在努力实现生产运营的“平衡”。“这些年我们一直在追着产能跑。”公司CEO Lance Louis说道。这家公司最早由他的祖父于1940年创立，当时名为Louis Blacksmith Shop。

失衡的根源来自下料环节的瓶颈。公司的激光切割设备长期处于超负荷状态，而其中大量高密度打孔类工件，其实更适合交由本就繁忙的冲压设备来处理。因此，Louis Industries需要同时升级激光与冲压两方面的设备能力。由于下料环节持续堵塞，下游部门的排程也不断延误。折弯与焊接部门几乎每天都在“赶工”，试图弥补前段下料拖延造成的时间损失。

大规模设备升级计划

2025年春天，Louis Industries完成了一项持续三年的激进资本设备投资计划。新增设备包括：2台15kW光纤激光切割机，2台激光/冲床复合加工设备，1套新的机器人折弯单元。“当所有新设备全部上线后，我们整个工厂的产能终于达到了真正的平衡。”Louis表示，“员工们也轻松多了，因为大家终于不用天天追着订单跑。”

如今，公司终于能够重新把重点放回金属制造本身。

过去，团队大量精力都耗费在“如何尽快把零件赶出去”上；而随着新设备上线、流程压力缓解，Louis Industries 开始重新审视自身的下料工艺。

2台高功率激光设备虽然性能惊人，但对于部分工件而言，它们并不是最佳选择。“实际上，我们之前有大量工件，本来就应该放到激光/冲床复合机上加工。”Louis说道。

激光并不适合所有工件

激光切割技术持续重塑着金属制造行业。Louis Industries早在1990年代便亲历了这场变革。当时，公司正从农业设备制造商逐步转型为更典型的加工车间型加工企业，并于1995年购入了第一台CO2激光切割机——彼时整个行业正全面拥抱“无模具下料”时代。

但这些年来，Louis与团队逐渐意识到：虽然激光切割可能适用于加工车间中80%的工件，但剩下那20%，实际上更适合冲床加工。

当然，现代数控冲床与模具系统能够实现多种成形功能，从而减少二次加工需求；但这并不是转塔冲床唯一的优势。简单来说，它们本质上是“打孔机器”。

“我并不是在批评任何激光设备制造商，但现实是：当一块工件上需要加工100个孔，甚至1000个孔时，切割头运动、实际切割过程，以及可能出现的板材翘起都会成为问题。这些都是缺点。”Louis表示，“如果你想让激光设备100%高效运行，就必须把那些‘不适合激光’的工件移出去。”

冲床工艺，并不容易

最后一台激光/冲床复合机的到位，使得Louis Industries的生产调度终于能够轻松地重新分配高密度孔加工任务。他们终于获得了多年来一直渴望的产能。与此同时，公司也非常幸运地拥有一支真正理解转塔冲床工艺特性的团队。

随着激光切割与折弯技术不断进步，如今很多制造企业其实已经不愿意继续深耕冲压工艺。“冲床编程更复杂，操作员培训更困难，设备维护也比激光设备更麻烦。”Louis说道，“很多人都想把这些机器淘汰掉。”
但Louis Industries却选择继续坚定投入转塔冲床技术。为了充分利用新设备，公司开始主动寻找更适合冲压工艺的新业务机会，而这最终将他们带入了建筑装饰板市场。

激光/冲床复合设备非常适合处理这些工件中大量密集孔加工；与此同时，Louis Industries还能加工更大尺寸的板件，从而帮助客户减少焊接工序。

过去，客户往往需要将多块较小的穿孔板焊接成更大的装饰面板；而如今，Louis Industries可以直接提供更大尺寸的一体化部件。但随着这类业务不断增加，公司很快发现了一个反复出现的问题：如何在加工后保持板材平整？

“板材经过冲压后，有时会像薯片一样翘起来。”Louis说道。例如，一些10号规格（10-ga.）的穿孔板材，在转塔冲压之后，翘曲量甚至可能达到0.375至0.5英寸。即便没有如此严重变形的工件，也依然会成为问题，因为客户下游工艺要求板材必须保持平整。一旦穿孔件超出平面度公差，就会拖慢客户自身的生产节奏。

FABTECH上找到解决方案

Louis表示，团队随后开始寻找能够解决平整度问题的新型制造技术，并接触到了几家相关设备厂商。幸运的是，FABTECH 2023当年在美国芝加哥举办，而那里距离明尼苏达州并不算远。“那一年，我们决定直接带着满满一行李箱的工件去FABTECH。”Louis回忆道。

在展会上，Louis Industries与ARKU会面，并将这些工件放到FlatMaster 55矫平机上进行测试。大约2小时后，设备完成了全部样件处理，并实现了此前Louis Industries团队始终无法稳定获得的一致平整度。
ARKU的设备通过释放金属内部应力，使工件恢复平整状态。而这些应力，往往来自此前的加工过程。大多数板材在钢厂阶段本来都是以卷材形式存在的。

Louis Industries引入了一台去毛刺与边缘圆角处理设备，以提升激光切割件的表面质量，左侧工件已经过EdgeBreaker 6000 处理

当材料被卷曲后，其内部状态就已经发生变化。例如：窄条板材可能出现横向弯曲；宽幅板材则可能出现波浪边或中间鼓包。也就是说，一旦板材被卷成卷料，其平整度通常就已经无法满足高精度加工要求。
除此之外，后续加工过程也会进一步引入应力。例如，激光切割等热加工会产生热应力；剪切或冲压等机械加工同样会造成内部应力积累。

ARKU FlatMaster 55采用的是辊式矫平技术，通过连续辊轮作用消除材料内部应力，使板材重新恢复平整。

Louis Industries设备操作员Brandon Wester正在检查一件经过FlatMaster 55矫平机处理后的工件

从原理上看，这一过程与辊压成形有些类似：材料会被反复、渐进地进行微量塑性变形，最终达到稳定的平面状态。材料——通常来自卷料——会依次通过多组辊轮，每组辊轮负责完成特定程度的弯曲，最终形成目标形状。

而在矫平机中，板材则会在交错排列的矫平辊之间不断经历反向弯曲：材料一会向上弯曲，一会向下弯曲。这种交替式弯曲会不断引入“反向形变”，从而逐步将材料恢复到平整状态。

当材料进入设备后，系统会首先施加一种曲率，其幅度甚至大于原始不平整板材中最严重的变形曲率。这一步实际上开启了材料内部应力的消除过程。而当材料逐渐接近辊式矫平机出口时，交替弯曲的幅度会越来越小，最终，那些原本不均匀的区域便会通过弹性回弹重新恢复平整。

沿着“矫平路径”前进

Louis表示，在参加完FABTECH 2023之后，团队开始寻找美国中西部上游地区拥有FlatMaster设备、并能够提供矫平加工服务的企业。最终，他们确实找到了具备矫平能力的公司，但这些企业并不愿意对外出售设备加工时间。

这让Louis Industries又回到了原点。

但与此同时，这件事也让公司获得了另一个重要视角，并进一步坚定了其采购矫平设备的决心。既然市场上几乎没人愿意向其他金属制造企业或OEM提供矫平服务，那么Louis Industries完全可以填补这一制造空白。“我们发现，这是一个存在明确需求、而且我们能够非常有信心切入的市场。”Louis表示。

2024年初，Louis Industries正式安装了自己的FlatMaster矫平机。这台设备不仅解决了公司内部长期存在的板材平整度问题，同时也像管理层此前预期的那样，为企业打开了新的业务机会。“相比单纯把自己定义成一家制造企业，我们其实更愿意把自己看成‘顾问型合作伙伴’。”Louis说道，“我们会深入了解客户到底遇到了什么问题，而现在，如果客户的问题恰好是平整度，比如他们无法稳定冲压零件，或者希望取消二次加工工序，那么我们就能够提供帮助，因为我们已经导入了FlatMaster。”

他补充称，这台设备同时也是Louis Industries自身制造体系的一份“保险”。例如，在板材上激光切割机之前，原材料就可以先经过矫平处理。这样一来，设备操作人员便能更加确定，材料在激光切割过程中不容易发生变形，同样，经过矫平处理的激光下料件，在折弯环节中也更不容易出现问题。

折弯技师能够更加稳定、高效地生产符合客户规格要求的零件。此外，这种稳定性对于自动化设备同样重要。例如，公司机器人折弯单元的持续运行之所以能够得到保障，很大程度上也因为板材不会再因超差而影响自动化节拍。

“能够解决其他制造企业解决不了的问题，这本身就是价值——无论对于我们自己，还是对于客户而言。”Louis表示。

表面质量的进一步升级

随着矫平设备不断帮助Louis Industries强化“高品质零件供应商”的市场口碑，公司认为，有必要继续完善这份“保险体系”。于是，他们决定再引入一台ARKU EdgeBreaker 6000表面处理设备。

推动公司在2024年底采购这套设备的原因主要有两个：首先，它能够帮助处理部分激光切割件上的熔渣；Louis Industries非常看重15kW激光切割机所带来的高功率与高速加工能力，但某些切割工况下，工件底部仍可能产生挂渣问题；其次，这套设备还能够有效钝化锋利边缘，而尖锐边缘，恰恰会影响粉末喷涂（powder coating）的附着效果；再次，客户对于质量的一致性要求极高。

EdgeBreaker通过三道工艺完成去渣与边缘圆角处理。当厚度最高可达1英寸的工件进入加工腔体后：第一阶段，会先经过宽砂带完成去毛刺处理；随后，工件会随着输送系统进入第二阶段，在柔性磨料旋转刷作用下，对所有暴露边缘进行圆角化处理，根据ARKU官方介绍，该设备可实现最高2mm的边缘圆角半径，最后一道工序，则由无纺布砂带完成表面清洁处理。

Louis表示，EdgeBreaker的导入进一步强化了客户对公司的品质认知。“我们必须以更高标准运行，因为我们不能让客户对我们的质量产生怀疑。”他说。

与此同时，这台去毛刺与边缘圆角设备，也帮助Louis Industries改善了长期以来的打磨工艺问题。过去，人工去除激光切割挂渣时，经常会出现结果不一致的问题；而现在，这种情况基本消失了。此外，人工打磨所产生的大量粉尘也被消除，整个后处理区域因此变得更加整洁。

对于Louis Industries而言，这一步针对激光切割件表面质量的升级，或许正是帮助公司真正建立制造平衡、并为未来更多制造机会做好准备的最后一块拼图。

作者：Dan Davis

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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