康新梅 孫東衛(wèi)

（航空工業(yè)西飛物流管控中心，陜西 西安 710089）

0 引言

激光加工技術(shù)在鈑金工藝加工技術(shù)中發(fā)揮著重要作用，極大地提高了市場金屬加工的生產(chǎn)率，有助于鈑金工藝加工的發(fā)展。使用激光切割機(jī)加工圓盤，可以大大縮短加工周期，提高加工精度，加快產(chǎn)品開發(fā)，同時(shí)減少成本，這些優(yōu)勢影響到許多制造商，并逐漸影響到鈑金工藝的加工用激光切割工藝的發(fā)展。該文主要介紹了激光和激光技術(shù)的應(yīng)用，并分析了激光技術(shù)在鈑金工藝加工中的應(yīng)用及其效益。

1 激光切割

1.1 激光與激光切割機(jī)

激光是一種單色性能最好、超高亮度、能量密度大、性能優(yōu)良的單色光，激光定向具有獨(dú)特性，廣泛應(yīng)用于激光標(biāo)簽、激光光譜、激光測試距離、激光雷達(dá)、激光切割、激光武器、激光光盤、激光指示器、激光濾波器、激光美容、激光掃描、激光快速原型識別、激光成像等領(lǐng)域。從長遠(yuǎn)角度來看，激光能夠在很多方面得到應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景。激光加工技術(shù)在鈑金工藝金屬加工技術(shù)中占有重要地位，極大地提高了勞動(dòng)力市場金屬加工的生產(chǎn)率。使用激光切割機(jī)可以大大縮短加工周期，提高加工精度，加快產(chǎn)品開發(fā)，同時(shí)也降低了成本。這就使得眾多廠家開始關(guān)注其發(fā)展，也逐漸將其運(yùn)用到鈑金工藝切割的過程中。在金屬加工中，激光切割機(jī)可以縮短加工周期，提高加工精度，排除燒結(jié)替代品，從而以極高的精度加工更復(fù)雜的產(chǎn)品。

1.2 激光切割鈑金工藝的原理

激光切割鈑金工藝的具體原理是激光切割機(jī)將激光集中在待加工金屬表面的任意點(diǎn)上，激光的光能轉(zhuǎn)化為熱能。這一過程可以在很短的時(shí)間內(nèi)使激光輻射點(diǎn)的溫度迅速上升，達(dá)到金屬的熔點(diǎn)，然后上升到其沸點(diǎn)，金屬開始熔化，然后蒸發(fā)，之后激光輻射點(diǎn)變成一個(gè)小開口。目前，激光切割機(jī)已經(jīng)設(shè)置了移動(dòng)式，在激光切割機(jī)的控制下，激光束開始沿著設(shè)定的路徑移動(dòng)。在這個(gè)過程中，切割金屬的表面被液化和氣化，激光束通過的路徑會(huì)留下一個(gè)小孔。

2 激光切割工藝與傳統(tǒng)切割工藝的比較

2.1 技術(shù)上的比較

激光束以點(diǎn)的形式存在，所以它在二維空間有很大的靈活性。在切割機(jī)中，只有切割輪在移動(dòng)，但工件仍在原位，不需要微觀細(xì)致的管理，這就使得激光切割工藝對控制的要求不高，只需要優(yōu)化放置結(jié)果和切割路徑，然后開始激光加工，但是在下一步加工之前，組合機(jī)床需要對模具、激光切割和微界面組件進(jìn)行設(shè)置。與傳統(tǒng)切割機(jī)相比，激光切割機(jī)的準(zhǔn)備時(shí)間大大縮短。這是因?yàn)榧す馇懈顧C(jī)切割工件時(shí)比較便捷。而且其準(zhǔn)確率和效率非常高，消耗的成本最少，對于整體工藝具有極為重要的影響。激光切割工藝方法在不斷提升發(fā)展的過程中，很多項(xiàng)切割工作可以直接滿足設(shè)計(jì)要求，不需要使用精加工工藝，在很大程度上減少了切割工作的成本。隨著激光切割機(jī)切割速度的快速提高，工件的加工時(shí)間明顯縮短，生產(chǎn)效率也有了顯著提高。

2.2 精準(zhǔn)度的比較

隨著激光切割工藝的發(fā)展，在具體的切割過程中，切割時(shí)間越長，工件加工產(chǎn)生的熱量范圍會(huì)逐漸減小，整個(gè)工件在切割過程中的熱變形也會(huì)隨之減小。隨著CO2激光穩(wěn)定器性能的逐步提高，激光切割表面的光潔度也隨之提高。激光切割工藝的精度也穩(wěn)步提高，從原來的低精度鈑金工藝逐漸發(fā)展到高精度鈑金工藝，激光切割機(jī)不僅可以處理小型、對精度要求較高的部件，還可以處理厚度為3 mm～4 mm 或大于6 mm 的中型部件。這些部件主要作為結(jié)構(gòu)部件、傳動(dòng)部件和主要工作部件使用。對機(jī)械精度要求比較高，另外一些部件已經(jīng)接近精細(xì)制造的精度要求。鈑金激光切割技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很明顯，切割件不僅變形小、表面油漆高，而且還具有小孔或根本不起泡的特點(diǎn)，對于材料尺寸的精準(zhǔn)度具有良好的控制效果。

3 鈑金工藝激光切割工藝的具體優(yōu)化方法及實(shí)際應(yīng)用研究

3.1 鈑金工藝激光切割工藝基本技術(shù)解說

鈑金工藝切割加工步驟如下：初步試驗(yàn)、試驗(yàn)生產(chǎn)和確定生產(chǎn)過程并對生產(chǎn)步驟產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，及時(shí)與客戶溝通，得到相應(yīng)的加工評價(jià)，然后進(jìn)行批量生產(chǎn)。

鈑金工藝車間應(yīng)及時(shí)通知顧客并與顧客討論，確定的內(nèi)容包括產(chǎn)品要求的技術(shù)目標(biāo)、技術(shù)保密協(xié)議、產(chǎn)品專利管理、設(shè)計(jì)體系和圖紙等，相關(guān)技術(shù)的處理和產(chǎn)品的具體供應(yīng)量、時(shí)間。對應(yīng)合同必須由技術(shù)主管部門簽訂，并明確相關(guān)權(quán)利用于處理、配合金屬板的修復(fù)，其技術(shù)內(nèi)容應(yīng)保密，使其產(chǎn)品不受侵犯，這在整個(gè)的車間運(yùn)作中占有很重要的份額。

鈑金工藝切割技術(shù)人員必須熟悉激光加工設(shè)備的特點(diǎn)，了解激光加工設(shè)備的位置，做好維修工作，與此同時(shí)，還必須了解激光加工設(shè)備的特性，要盡可能完善各方面的工藝，激光加工過程中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行外觀檢查，包括宏觀和微觀檢測，并觀察激光切割的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，相應(yīng)的監(jiān)測區(qū)域包括可記錄激光發(fā)電機(jī)、激光切割區(qū)、計(jì)算機(jī)控制區(qū)、原料進(jìn)料區(qū)、成品切割區(qū)、物資轉(zhuǎn)化廠工區(qū)，在這些區(qū)域配備技術(shù)人員，使他們能夠在原鈑金工藝和成品的切割區(qū)域工作，而其他區(qū)域的工作可以由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。

高精度激光電源功率從5 W ～90 000 W 不等。鈑金工藝構(gòu)件激光切割主要采用功率為100 W ～1 500 W 的激光器。激光源輸出功率＜1 500 W 時(shí)，激光源為單模振動(dòng)模式，斷電后清潔平整。當(dāng)激光源功率＞1 500 W 時(shí)，激光源為多種形式的振蕩模式，可切割寬度為1 mm，但切割后有少量污垢[1]。

冷板切割必須使用空氣、氧氣、氮?dú)獾容o助氣體，氮?dú)饽芊乐骨懈钸^程中切割表面氧化。氮?dú)鈺?huì)堵塞交叉口防止氧化。在金屬加工車間可以利用CAD 或CAM 技術(shù)對工件模型和激光加工中的數(shù)據(jù)和加工參數(shù)進(jìn)行加工。自動(dòng)的鈑金激光切割工藝可以在具體的操作中自動(dòng)更換模具，這樣可以減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間和生產(chǎn)成本。

3.2 切割算法的實(shí)現(xiàn)

在激光切割算法有一種特殊的歐拉圖，其是鈑金激光切割工藝非常重要的屬性。從歐拉圖的任一頂點(diǎn)出發(fā)都能求得一條歐拉回路。其中如果圖G（V，E）中各頂點(diǎn)的度數(shù)均為偶數(shù)，則G 圖一定是個(gè)歐拉圖。另外如果G 圖中除2 個(gè)頂點(diǎn)Vi，Vj的度數(shù)為奇數(shù)外，其他頂點(diǎn)的度數(shù)均為偶數(shù)，則一定存在從Vi到Vj的一條路徑，經(jīng)過了各邊且無重復(fù)，即構(gòu)成了歐拉回路，求得歐拉回路后，再去掉Vi與Vj間補(bǔ)加的邊，即得到Vi到Vj的歐拉通路。我們可以利用歐拉圖的原理對共邊排樣零件進(jìn)行共邊切割，對于歐拉圖來說，由于割嘴只需打一次孔，所以對這種方法的共邊切割簡稱“一筆畫”共邊切割。圖1 所示是一個(gè)歐拉圖，它可以無重復(fù)邊一筆繪出，其遍歷分別為：P1：V1-V6-V2-V5-V3-V4；P2：

圖1 多變切割歐拉圖

3.3 需要提升改變的方面

首先要有一個(gè)激光切割技術(shù)的完整控制系統(tǒng)，輸入切割鈑金工藝圖后，系統(tǒng)可以將設(shè)計(jì)圖或者工藝圖自動(dòng)地添加到操作版面上。布局功能是鈑金工藝切割系統(tǒng)的核心，傳統(tǒng)的模式是由專業(yè)技術(shù)人員手工布置，主要依靠人們的經(jīng)驗(yàn)。如果組件的類型相對較小，整體的組裝過程會(huì)比較順利也比較簡單。但是，如果組件的類型比較大，工作負(fù)載則相對較高。目前企業(yè)競爭非常激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代也很快。一個(gè)好的系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定功能不僅可以提高公司的生產(chǎn)效率，而且可以通過提高鈑金工藝的利用效率為公司節(jié)省成本。

對于激光切割鈑金工藝來說，需要規(guī)劃切斷線、鉆孔點(diǎn)位置、切斷點(diǎn)方向、切斷線等工序，以此來確保切割和切割鈑金工藝的有效性和質(zhì)量。部件定位后，鈑金工藝的二維切割子圖布局算法的應(yīng)用顯著提高了鈑金工藝使用率。但是如果鈑金工藝放置后的后續(xù)切割不能保證鈑金工藝的有效性，不能提高切割效率或者降低工程的成本，就有必要對切割鈑金工藝進(jìn)行優(yōu)化，以滿足生產(chǎn)的要求。優(yōu)化主要涉及場地設(shè)計(jì)、沖擊點(diǎn)、部件變形、點(diǎn)處理等。

4 結(jié)語

鈑金激光切割切割是一種具有廣闊應(yīng)用前景的生產(chǎn)制造方法，是一種新的、實(shí)用的板料加工處理方法。鈑金工藝切割工藝具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，其效率是數(shù)控沖床的2 倍，這樣就縮短了切割時(shí)間并降低了成本。隨著科技的發(fā)展，鈑金激光切割工藝還需要進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。