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管件精密激光切割

3、管材切割

许多情况下,管结构件常常需要在端部加工出各种相贯线形状,以便于焊接组合。另外,管坯分断、管壁切口、切槽的情况也经常碰到。这种管壁材料的“分离”或“切割”,是管材成形的一个重要内容。管切割的方法很多,常用的有机械切削、冲切以及先进的激光切割等。对于批量不大的情况,主要采用机械切削方式,如车削、铣削、园盘锯切割、砂轮切割等,其主要问题是生产效率低,且环境污染较大。下面主要谈谈管材冲切和先进的激光切割技术。

3.1管材冲切

利用冲压方法可以完成管端切割、管壁切孔、切槽,效率高、成本低、省能源、污染少。但由于管结构的特殊性,采用冲切往往在模具结构和管断面变形控制方面遇到困难,容易出现管壁塌陷、截面畸变、管壁材料撕裂等严重影响成形质量的问题,难以得到复杂的断面形状,有时甚至无法用冲压方法生产。相对于板材的冲切,国内外对管材这种“非平面型材”的冲切技术至今研究很少,远谈不上深入、系统,现有一些文章介绍的管材冲切装置大都结构复杂、制造使用成本高,难以得到普及应用。如聚氨酯管材冲切模具,结构复杂且效率低下,实际应用很少。近年国内一些单位对管材冲切成形理论与实践方面的问题进行了研究,并取得了一定成果。例如[温彤. 管材的冲切加工,金属成形工艺],开发的薄壁管端头冲切技术,取代了传统铣削加工,并成功地应用于摩托车车架的生产上。这些成果表明,利用压力机及模具,采用高效率、低成本的冲切方法,是可以代替传统机械切削进行管材剖切的。另外,一些企业还采用液压缸为动力源,带动冲切凸模完成管材端头的切割,其好处是成本低、适应性强。

3.2管材的激光切割

激光频率单一,具有单色性、相干性、平行性等很多优异特性,在工业中的用途十分广泛,如光纤通讯、激光测量、同位素分离等。在材料加工方面,激光可用于切割、焊接及热处理等。下面主要介绍管材的激光切割。用激光切割管材,可以替代机械钻孔、铣削、锯切、冲压或清理毛口等需要不同设备和硬质工具的加工工序,实现复杂管结构的下料切割、倒角、切槽或孔、刻痕以及其他可能的尺寸和形状特征加工等。

利用激光切割管材有以下优点:

(1) 激光光斑小,能量密度高,因此材料损耗极少,且尺寸精度高切口平整干净,无毛刺,宽度一般只有0.1~0.3mm,因此可以得到很小的公差。

(2)切割的热影响区很小,几乎没有热变形,无氧化可以制造高质量、更一致的零件,特别有利于后续的自动焊接。

(3)切割速度快,生产效率高激光切割的所有操作都可以作为一个连续的操作过程统一到同一单元,大大减少了物流时间;结合现有成熟的CAD/CAM技术,可以大量减少加工的初始设置时间,方便地完成管材零件从设计到加工。

(4)能切割的材料范围广

(5)切割部位和切割温度能方便而灵敏地予以控制,配合其他设备,便于实现自动化生产

(6)噪声振动小,对环境基本无污染利用激光切割,可以快到使工程师从新零件图开始在几分钟内拿到实物,较传统加工提高8~20倍效率。高速多轴激光系统和机器人模块可以处理大范围三维管成形,无论是弯曲、管端成形还是液压成形,顺利完成空间管结构的组合。此外,为降低装配定位时间,减少甚至消除装配夹具,许多结构采用了所谓“自定位”设计,即相匹配的零件一个有突起而另一个设计有对应的槽。但这种设计要求形状切割准确。激光设备典型的运动轴系统可以以±0.005mm的精度定位其切割头,达到传统手段很难达到的切割精度,这一方面有利于后续的机器人自动焊接,也使装配时间大大减少。相对传统加工方法,激光加工不仅快捷、方便,而且加工质量好,适应面广,经济效益显著。因此尽管激光切割系统的价格比较昂贵,但仍具有较强的优势。近年来,许多激光产品制造商应用其生产平板零件切割设备的经验,开发了各种激光管切割设备,使激光管切割设备得到快速发展。





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