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激光切割在機車鋼結構件的應用

發布時間:2017/9/5     信息來源:http://www.mediaworksasia.com   作者:激光切割機    0

激光切割是當前世界上先進的切割下料工藝。以其高速、高精度和高適應性的特點,在鈑金加工行業已經得到了日趨廣泛的應用。我國的機車車型產品較多,轉換較快,機車的鋼結構件中大約有20%~30%的異形件 尤其是機車司機室、車體輔助裝置等的部件,較適合選擇激光下料。激光切割容易實現切割過程控製自動化,能大大縮短生產周期和降低製造成本,提高產品質量,現在已經部分代替衝壓加工工藝和機械加工工藝。擁有一套相對成熟的數控激光切割工藝,可以為公司新項目的快速投產、新車型的開發提供充分的保障。

激光切割工藝參數的選擇與確定

激光切割指利用經聚焦的高功率密度激光束照射材料,在極短時間內將材料加熱到幾千至上萬攝氏度,使被照射處的材料迅即熔化、氣化、燒蝕或達到燃點,同時借與光束同軸的高速氣流(即輔助氣體)從切縫中吹除熔融物質,從而實現切割材料的一種熱切割方法。

對於零件的激光切割,工藝參數一般需要從以下幾個方麵進行考慮,同時結合了幾項公司某型機車產品:司機室某零件(3mmQ345E板)、底架某零件(10mm 16MnL板)、轉向架某零件(3mm 0Cr18Ni9Ti板)、線槽某零件(3mm5A02-H24板)進行比較說明。

①恰當選擇合適的激光功率

激光功率是影響切割質量的重要因素之一。激光功率越大,所能切割的板材厚度也越厚。在相同板厚時,切割不鏽鋼及鋁等有色金屬比切割碳鋼所需激光功率要大得多。但隨著激光功率的增加,切縫寬度和熱影響區均會增大。激光功率與切割金屬的最大切斷厚度參考表1:

                                           

隨著激光功率的增加,切割速度和可切割板厚均增加。如果低碳鋼板厚增大,則應采用較大直徑的噴嘴和較低的氧氣壓力,以防止燒壞切口邊緣。

鋁板對激光有強烈的反射作用和高導熱性,比低碳鋼和不鏽鋼難以切割。與切割低碳鋼相比,在同樣激光功率下,切鋁合金的切割速度和可切板厚均較低。

②掌握正確的切割速度

切割速度是影響切割質量的最重要因素之一。在激光功率一定的條件下,不同的切割速度對切割質量的影響及工件背麵粘附的熔渣不一樣。實驗表明,在能切透的前提下,切割速度越快,切割質量越好,其切縫整齊,熔渣少,變形小;切割速度慢,工件光照時間長,氧氣供給量大,氧化反應嚴重,工件溫度高,熱影響區大,因而切縫粗糙,熔渣多。但是,切割速度過快,切割處的金屬還來不及氧化就已經冷卻,易形成割不透和掛渣;切割速度過慢則熔池擴大,割縫表麵粗糙度值變大。用恒定功率的激光切割低碳鋼時,板材越厚,切割速度就越慢。功率主要影響切縫寬度,而切割速度起次要作用。減小功率和提高切割速度一般導致切縫寬度和熱影響區的減小。不同板材切割速度的選擇參考表2:

                                          

③按需控製輔助氣體的種類和壓力

激光切割時需噴射同軸輔助氣體,其主要作用是吹除切割熔體和熔渣,保持切割斷麵整潔;加快切割過程,加深切割深度,減小切縫寬度和熱影響區寬度;保護激光器透鏡不受加工飛濺物損傷並冷卻透鏡。使用不同的冷卻氣體,對切割質量會產生不同的影響,因此輔助氣體的選擇是獲得高質量切割效果的關鍵參數之一。在切割碳鋼時一般采用氧氣作為輔助氣體;在切割不鏽鋼或鋁板時采用氮氣作為輔助氣體。

當激光功率和切割速度一定時,氧壓越大,則反應越劇烈,熱影響區越大,切割質量越低;反之則切割質量高。但氧壓過低則可能出現切不透或切縫下粘附熔渣過多。

鋁的熔點較低,3mm以下可用氧氣切割,但質量很差,斷麵粗糙而且毛刺堅硬。氮氣切割斷麵平滑,4mm以下能夠獲得沒有毛刺的效果。鋁黏性大,加上良好的熱傳導性,熔化物可能沒來得及吹走已經冷卻了,所以容易出現毛刺。通過調整焦點、升高氣壓、降低速度來降低粗糙度,至少要保證毛刺可輕易清除。

從成本考慮,隻要切割斷麵氧化不影響不鏽鋼零件的使用,則應該采用氧氣切割。但不鏽鋼含高合金元素Ni等的比例較大,熔化物黏度大、流動性差,氧氣切割時較低的氣壓容易導致粘渣等質量缺陷。焊接不鏽鋼時氧化層嚴重影響焊接質量,特別是氬弧焊。氮氣切割時氮氣的保護作用能夠產生優質的無氧化斷麵,這就滿足了不鏽鋼焊接零件對切割斷麵的高要求,而且氮氣切割時的高氣壓也容易克服上述質量缺陷。氮氣切適合加工有焊接要求或者高附加值的不鏽鋼零件。

④調整好焦點位置

焦點位置的高低直接決定割縫處的焦點麵積。在相同的功率條件下,麵積越大,單位麵積上光的功率密度就越低,無法熔化和氣化板材,割不透。此外,如果焦點的對中度不好,容易形成單邊切不透的現象。一般使聚焦點落在板材上表麵往下約1/3板厚處。

⑤合適的噴嘴高度

指輔助氣體噴嘴端麵至工件上表麵的距離。噴嘴高度大,噴出的輔助氣流的動量易產生波動,影響切割質量和速度。因此,激光切割時,一般都盡量減小噴嘴高度,通常為0.5~2.0mm。

⑥注意材料表麵狀態

如果材料表麵有鏽蝕,或有氧化層,或不平,切縫會不規則,而且有斷點。實踐表明,當工件表麵不平達到±lmm/m2時影響切縫質量。因此應先進行表麵打砂、矯平等工藝處理,再進行激光切割。

工藝參數的確定

通過在實際加工中的工藝總結,AG亚游集团在切割機車金屬碳鋼板材時,通常使用的工藝參數見表3。工藝參數隨天氣、機床本身、材料表麵狀況而不同。

                                      

結束:

在實際的激光切割加工中,掌握和了解影響切割質量的幾個因素,按照“薄板高壓高速,厚板低壓低速”的原則,有效地調整工藝參數,就能加工出高質量、高精度的機車鋼結構件,充分發揮激光切割高效、高精度的優勢。由於在激光切割中影響切割麵質量的因素很多,僅通過固定的切割規範難以獲得均勻穩定的切割質量。因此,對切割質量進行在線檢測和實時控製是保證激光切割質量的關鍵。

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