鈑金加工通常是指對6mm以下的金屬板材進行冷加工的一種加工工藝。鈑金加工通?？煞譃闆_壓加工和數(shù)控鈑金加工，前者適合大批量生產(chǎn)，后者適合小批量生產(chǎn)。本文主要針對小批量生產(chǎn)情況下鈑金激光切割下料過程中產(chǎn)生切割波紋的影響因素進行分析并加以改善。
鈑金加工應用到的領(lǐng)域非常廣泛，如機箱柜體、家電產(chǎn)品、五金制品、儀器儀表、廣告牌、燈具等多種機械制造加工行業(yè)都有廣泛應用。其特點是不需要額外工具，加工速度快，周期短，表面變形小，可加工材料種類多樣。近些年，由于需要適應小批量、多樣性的市場需求，我公司為了擴大市場領(lǐng)域，開始發(fā)展光盤庫產(chǎn)業(yè)。光盤庫的內(nèi)部動作組件是整個光盤庫機柜的核心部分，對整個機構(gòu)的動作性能起著至關(guān)重要的作用，機柜內(nèi)部核心鈑金制品的工藝尺寸精度要求為±0.1mm，為保證加工精度，我公司引進日本設備廠家AMADA生產(chǎn)的光纖激光沖壓復合機，用于鈑金制品激光切割下料，該設備的加工精度為±0.07mm/1000mm。盡管設備精度較高，但是在激光切割下料過程中仍會出現(xiàn)切割異常現(xiàn)象，如切割波紋、切割毛刺等問題，而且由于光盤庫產(chǎn)品使用的特殊性，這些異常品會直接影響內(nèi)部組件的動作性能，異常品不可使用，因此直接增加了加工成本。對不良產(chǎn)品綜合分析比較發(fā)現(xiàn)，切割波紋多發(fā)生在尺寸相對較大的產(chǎn)品上，且產(chǎn)品不良率高達10%左右，而尺寸較小的制品出現(xiàn)切割波紋的現(xiàn)象較少，產(chǎn)品不良率不足1%。為減少生產(chǎn)損失，降低加工成本，亟需對激光切割下料過程進行分析研究。
切割下料現(xiàn)狀
采用復合機進行鈑金激光切割下料時，機床夾鉗夾持板材沿X方向和Y方向移動，制品加工設備及加工區(qū)域如圖1所示。但隨著加工的不斷進行，板材局部應力被釋放，強度逐漸減弱，導致板材在運動過程中產(chǎn)生晃動，從而產(chǎn)生激光切割波紋，造成加工制品不良。而切割波紋的大小還與制品的加工方向、初始加工位置、制品取出順序等因素有關(guān)，不同情況的切割波紋不良現(xiàn)象如圖2、圖3所示。且大尺寸制品由于從板材上切割開后，板材的應力釋放會較大，因此在切割板材剩余部分時，板材隨夾鉗移動，晃動就會更大，造成切割剩余制品時產(chǎn)生切割波紋。由于產(chǎn)品尺寸較大、加工時間較長，因此造成加工費用及材料浪費較多，所以盡可能保證板材在切割運動過程中的受力穩(wěn)定及受力強度是切割下料過程中需要重點考慮的問題。
圖1 加工設備及加工區(qū)域
圖2 切割波紋狀態(tài)1
圖3 切割波紋狀態(tài)2
切割波紋影響因素
制品加工起始位置
切割加工時，制品的加工起始位置對切割波紋的產(chǎn)生起著重要作用。加工起始位置通常是從遠離夾鉗一端開始切割或者從靠近夾鉗一端開始切割。當制品從遠離夾鉗的位置開始加工時，如圖4所示，夾鉗端的板材可以保證最后被切割，這樣可以很好地保證板材應力未被提前釋放，保證板材的強度，直接保證板材在運動過程中的穩(wěn)定性，從而避免切割波紋現(xiàn)象的產(chǎn)生。而當制品從靠近夾鉗的位置開始加工時，如圖5所示，加工剛開始，板材應力還未被破壞太多，因此切割波紋的現(xiàn)象通常不會發(fā)生，但隨著加工的不斷進行，當靠近夾鉗端的板材被不斷切割開后，夾鉗端的板材應力被逐漸釋放，造成板材“頭重腳輕”，使得板材在運動過程中穩(wěn)定性大大降低。當加工逐漸向遠離夾鉗的方向進行時，外圍制品勢必會由于板材強度不足而造成切割波紋產(chǎn)生。因此，在編程過程中，需要保證制品從遠離夾鉗一端開始切割，并依次向夾鉗端靠近，這樣可以很好地保證板材強度，避免切割波紋的產(chǎn)生。
圖4 加工起始位置好
圖5 加工起始位置差
切割入刀點位置與加工方向
在鈑金切割過程中，切割的入刀點也自然會成為其回刀點。選擇合理的入刀點會降低產(chǎn)生切割波紋的概率。當加工剛開始時，由于板材強度較好，切割入刀點及加工方向?qū)η懈畈粫a(chǎn)生太大影響，但當加工接近尾聲時，對于剩余的待加工制品來說，其入刀點和加工方向?qū)η懈钍欠癞a(chǎn)生波紋有著重要影響。要保證制品靠近夾鉗端的強度，這樣才能更好地避免切割波紋的產(chǎn)生。當入刀點選擇在制品中間位置時，無論是順時針切割還是逆時針切割，都會使制品的底部先被切開，造成板材應力釋放，強度降低，穩(wěn)定性下降，最終導致制品局部切割波紋的產(chǎn)生，如圖6所示。而當入刀點選擇在底部端點時，制品靠近夾鉗端被最后切斷，這樣板材應力未被提前釋放，運動穩(wěn)定，切割波紋產(chǎn)生的概率就會大大降低，如圖7所示。當然，也要根據(jù)順時針切割還是逆時針切割選擇入刀點在左側(cè)底部還是右側(cè)底部。因此在編程時，關(guān)于切割入刀點及加工方向的選擇，只要盡可能保證制品靠近夾鉗端被最后切斷且運動距離越短,越可以在一定程度上避免切割波紋的產(chǎn)生。
圖6 入刀點位置差
圖7 入刀點位置好
夾鉗夾持位置
夾鉗的作用，其一就是夾持板材隨著加工程序進行X、Y方向的運動，其二就是保證板材在加工運行過程中的穩(wěn)定性。因此，要合理分布夾鉗夾持板材的位置，做到夾鉗分布均勻，避免夾鉗偏向一側(cè)導致板材不穩(wěn)定產(chǎn)生晃動，導致切割波紋的產(chǎn)生。夾鉗夾持位置對比如圖8所示，此因素對切割波紋雖有一定影響，但屬于操作過程中可避免的影響因素。
圖8 夾鉗夾持位置
制品取出順序
生產(chǎn)過程中，有時會使用TK機械手輔助取出切割完成的制品，這樣能更好地節(jié)約人力物力，實現(xiàn)設備的全自動化生產(chǎn)。但是在使用TK機械手取出制品時需要注意，要控制好制品的取出順序，避免板材因強度減弱、材料晃動產(chǎn)生切割波紋。如果先選擇將板材兩端制品取出，再將板材中間的制品取出，這樣就會造成板材兩端的應力被釋放，板材強度不足，當加工程序進行到板材中間位置時，板材勢必會因強度不足而產(chǎn)生晃動，造成制品的切割波紋，如圖9所示，且產(chǎn)品不良率較高，加工損失較大。如果從遠離夾鉗一側(cè)將制品依次取出，這樣可以很好地保證加工位置板材應力集中，運動穩(wěn)定，避免產(chǎn)生切割波紋，如圖10所示。因此在加工編程時，要保證被取出的制品從遠離夾鉗一端依次進行，這樣可以很好地保證板材強度，避免板材在運動過程中因強度不足而產(chǎn)生晃動，從而避免切割波紋的產(chǎn)生。
圖9 制品取出順序差
圖10 制品取出順序好
結(jié) 束 語
以上研究的影響因素是根據(jù)現(xiàn)階段出現(xiàn)的切割波紋的情況進行分析而做的延伸分享。切割波紋的產(chǎn)生不是由某個因素影響產(chǎn)生的，是在多個因素共同作用下產(chǎn)生的，與制品的大小、尺寸、重量、加工速度等都有一定的關(guān)系。要想避免切割波紋的產(chǎn)生，需要在編程過程中做好全面考慮，從而降低切割波紋產(chǎn)生的可能性。
——摘自《鈑金與制作》2022年第5期