超高功率激光切割机在中厚板加工领域的应用

来源:厚板与钢构    关键词:超高功率激光切割机, 厚板加工,    发布时间:2019-07-12

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随着重工业的不断发展,激光切割技术慢慢从轻工业薄板切割向重工业厚板大尺寸切割过渡,激光切割逐渐进入大功率时代。针对新时代工业制造对金属切割精度与厚度提出的新需求,激光切割机的可实现功率越来越高。如今,大功率激光切割设备已广泛应用在几乎所有板材加工制品的上游,大到航天飞机、轮船、汽车,小到洗衣机、冰箱、空调等,都离不开大功率激光切割机。除了工业制造,大功率激光技术及装备亦是国防战略和新兴产业的制高点之一,对国家安全和国民经济建设起着重大支撑作用。从工业发展来看,大功率是激光切割行业发展到一定阶段的必然产物,也是行业的大势所趋。

在金属板材加工领域,金属激光切割机的优势已经毋庸置疑,因其加工效率高、质量好,已逐渐取代传统加工工艺,成为金属板材切割的主流设备。但是在中厚板加工领域,光纤激光切割机却面临着种种困境:(1) 板材越厚所需要的激光设备功率越大,技术难度越高;(2) 高端大功率激光切割技术被国外巨头垄断,行业发展受制于人;(3) 由于技术局限,金属切割所能达到的厚度极限在30mm 左右,一些超厚板无法一次切透;(4) 板材越厚,切割速度越慢,生产效率严重受到制约。


 


针对这些技术局限,国内的激光设备生产厂商在中厚板切割领域一直积极的寻求突破。而邦德激光在经过不断的辛勤努力之后,终于取得了里程碑式技术成果,新推出的S 系列超高功率激光切割机(图1),功率最高可达到25000W,这是人类有史以来第一台功率达到25000W 的超高功率激光切割机,这也是中厚板加工工具史上一次激动人心的跨越。

S 系列机型配备强大的高功率激光装置,可高速切割大幅面金属厚板,并且性能强劲,高效稳定,在优化切割质量的同时,强势刷新生产效率,如表1 所示。


表1 S 系列产品系数


 

25000W 超高功率激光切割机技术亮点

切割厚度

25000W 超高功率激光切割机突破了30mm 的行业切割极限,将碳钢板材切割厚度刷新到60mm 甚至70mm,不锈钢板材切割厚度飙升至80mm 以上。

切割速度

此次发布的超高功率激光切割机拥有数倍于普通金属切割机的加工速度,借助超高功率激光切割机,用户能在几小时内完成近一周的工作,单位产值骤升的同时,

人工及电费等生产成本指数级折降。


 

图2 铸铁床身

铸铁床身

除了光学上的要求外,还需要设备拥有超强承重的机械结构,此次切割机结构配备了邦德自主研发的铸铁床身技术(图2),采用最低抗拉强度200MPa 的片状石墨铸铁一体浇铸成形,含碳量、抗压强度、减振性以及耐磨性都大幅提高,床身缺口敏感度以及热敏感度较之前也更低,还具备良好的润滑性能、耐腐蚀性和尺寸稳定性,减少了因床身振动带来的加工误差,同时还降低了设备在使用时的损耗,稳定性较普通焊接床身提高30%,加工精度提升30%,床身精度可保持50 年甚至更长。

S 系列技术特点

自动更换喷嘴

在激光切割中,常常需要根据切割材料的厚度及材质更换喷嘴,所以如何高效、快速地更换喷嘴,并保证每次更换都万无一失并保持精度,是激光切割领域的一个技术难题。然而要实现喷嘴自动更换,首先必须使控制系统达到非常高的准确度,再配合高精密度的传动系统,才有可能实现。种种技术难关令大部分企业望而却步。因此,多年来业内一直采用的是人工手动更换喷嘴的形式,这种形式一是效率低下,需要技术人员重复劳动;二是难以保证更换后的精度和稳定性。

面对技术难题,邦德成功研发出喷嘴自动更换功能。喷嘴自动更换功能只需在触摸屏上进行相应操作,即可实现喷嘴的自动更换、激光头的标定及喷嘴清洗全自动化,不仅解放了人力,而且保证了每次更换的精度和稳定性;并且S 系列配备丰富准确的控制系统,可根据不同材质及厚度的板材实现喷嘴的自动更换,省去人工更换喷嘴的时间,提高加工效率;S 系列还拥有自动标定及清洗功能,能实现激光头的标定及喷嘴清洗的全自动化,降低了人工重复劳动量;此外,S 系列整体部件实现全封闭式防护,提高了部件以及人身的安全性。

闪电穿孔工艺

金属材料切割之前必须先穿孔,然后才能开始切割。邦德自主研发的闪电穿孔工艺穿孔时间短,热聚焦能量小,起刀点稳定。保持随动系统的稳定性,可以保证达到最佳的切割效果。

据测试数据显示,闪电穿孔可大幅降低穿孔时间约90%,提高加工效益;持续穿孔稳定性高,废孔率从约10% 降低到约0.3%,工件的完整度大大提高。同时,节省了气体和用电量,降低了激光器、切割头的损害风险,也提高了材料利用率。

亮切模块

亮切模块是邦德自主研发出的富有开创意义的激光亮面切割专用设备。亮切模块突破性地解决了传统激光切割铝合金材料残留毛刺的痼疾,不再需要费时费力费

成本的二次打磨工序。

碳钢极限切割

在激光切割行业,30mm 一直是碳钢切割的极限, 而S 系列突破了这一极限,碳钢最大切割厚度飙升至60mm,并且S 系列还可以结合亮切模块,实现亮面切割30mm 以下所有碳钢板材(图4)。

图4 碳钢极限切割样件

厚板极限小孔切割

在激光切割领域,行业内一直认为板材的厚度即为切割小孔的最小直径,而S 系列实现了最小孔径为板厚的0.2 倍甚至更低(图5)。


 

图5 厚板极限小孔切割

完美尖角切割工艺

完美尖角切割工艺(图6)是邦德针对碳钢厚板高质量切割开发出的新型工艺,较之前标准切割工艺,新工艺亮面切割速度更快、断面坡度更小(35mm 碳钢单边15 丝)。

 

图6 完美尖角切割工艺样件

铸铝横梁

S 系列配备航空级铸铝横梁(图7),重量轻,刚性强,使得切割同时实现高速度、高精度、高质量。


 

图7 铸铝横梁

全封闭式激光防护玻璃

S 系列采用全封闭激光防护玻璃,配合激光防护玻璃与烟雾收集系统,隔离激光对人体的伤害,保护自然环境。

结束语

中厚板作为国家现代化不可或缺的重要板材品种,一直被广泛应用于大直径输送管、压力容器、锅炉、桥梁、海洋平台、各类舰艇、坦克装甲、车辆、建筑构件、机器结构等领域,所以中厚板的加工水平无疑是衡量一个国家重工业水平的标志之一。而国产超高功率激光切割机的出现将使得这些行业迎来一次全新的跃升阶段,将对我国的工业发展产生不可估量的影响。