激光切割的原理是:
在激光束能量作用下(在氧助切割機制下,還要加上噴氧氣與到達燃點(diǎn)的金屬發(fā)生放熱反應放出的熱量),材料表面被迅速(感應范圍內)加熱到幾千乃至上萬(wàn)度而熔化或汽化,隨著(zhù)汽化物逸出和熔融物體被輔助高壓氣體(氧氣或氮氣等)吹走,切縫產(chǎn)生。在切割實(shí)際操作中有氧割和氮割之分,在保持同樣切割精度前提下,氧割熱量大、速度快,但是切邊有褐色、薄氧化層;氮氣需要用高壓氮氣,速度慢、成本高,但切邊無(wú)氧化、呈銀灰色,可以直接進(jìn)行焊接,常用來(lái)切割要求較高的不銹鋼一類(lèi)材料。
五軸激光加工技術(shù)在現代模具制造中的優(yōu)勢激光加工已成為現代汽車(chē)制造不可或缺的技術(shù),代替傳統的手工切割+沖裁模制造方式已成為國際上大力發(fā)展的一項先進(jìn)技術(shù)。
眾所周知,在模具的制作過(guò)程中,修邊、沖孔工序一直是模具制造過(guò)程中的難點(diǎn),特別是一些結構復雜的斜切、斜沖、斜翻等大型汽車(chē)模具。修邊線(xiàn)的確定如果采用傳統的制作方式十分困難,且需反反復復摸索幾次甚至十多次,給鉗工、加工設備帶來(lái)了極大的工作量。不但對鉗工的技能水平提出了較高的要求,而且會(huì )嚴重地影響后工序模具的調試。且現實(shí)中有很多修邊、沖孔模的切刃材質(zhì)從成本上考慮采用了合金鋼,如Cr12、Cr12MoV等。如果采用傳統的修邊模制作方法,就難免會(huì )對刃口進(jìn)行多次堆焊。由于諸如上面的材料在進(jìn)行多次堆焊的過(guò)程中,容易開(kāi)裂而致使鑲件報廢,不得不重新補料再加工。這樣,不但周期會(huì )被滯后,而且模具的制作成本也會(huì )大幅增加。
如果采用激光切割技術(shù),對于開(kāi)發(fā)汽車(chē)零件,等拉延模樣件試模成功后,就可以用激光切割來(lái)替代修邊、沖孔工序,把切割所得的樣件直接用于下一道翻邊工序進(jìn)行試模,把所得的最終樣件與檢具進(jìn)行比較,如果有差異,通過(guò)計算機對上次的修邊線(xiàn)進(jìn)行修整再次切割,直至成功。
整個(gè)過(guò)程節省了兩道工序,完全改變了傳統的單線(xiàn)串行制作方式,很大程度上縮短了工藝流程和降低了模具制作成本?;谖遢S激光加工技術(shù)在現代模具制作的過(guò)程中有著(zhù)這樣明顯的優(yōu)勢,因此,倍受很多模具企業(yè)的青睞,并得到了廣泛、成功的應用。
多軸激光加工的工藝流程及編程策略
激光多軸切割與其它多軸數控加工一樣,都會(huì )涉及到工件定位夾具的問(wèn)題,來(lái)自英國Camtek公司的PEPS軟件解決這一問(wèn)題的方法非常簡(jiǎn)單、實(shí)用。
PEPS使用了一個(gè)夾具自動(dòng)報表,首先通過(guò)CAD轉換接口讀入產(chǎn)品模型數據,并對碎面與破面等丟失或失真的數據進(jìn)行修復,然后為加工模型設置參考位置進(jìn)行固定,確定需要加工的范圍、高度以及夾具材質(zhì)、板厚等參數。系統會(huì )根據這些參數產(chǎn)生適當的產(chǎn)品截面輪廓線(xiàn),生成實(shí)體輪廓圖形支撐工件。在確定好夾具相應的間距后,這些實(shí)體的夾具會(huì )自動(dòng)生成二維平面圖形,按預先提供的夾具板材大小,生成自動(dòng)排樣好的圖形文件與NC切割文件,使夾具的制作簡(jiǎn)便、快捷。
但切割鈑金件與加工模具或其它機加產(chǎn)品不同,由于夾具和被切割的產(chǎn)品都是一些相對較薄的鈑金件,其強度比較弱,除了一些輔助措施(如在非干涉區域加定位銷(xiāo)或壓嵌夾)以提高產(chǎn)品的定位精度外,程序的編制也尤為關(guān)鍵。
眾所周知,板件沖壓成型后,根據產(chǎn)品形狀的不同有著(zhù)不同程度的回彈,切割順序的不同,在內部應力的釋放和切割時(shí)的輔助高壓氣體的沖擊下,回彈和變形的程度也有所不同,對后續切割產(chǎn)品的定位有著(zhù)很大的影響。所以切割一般遵循先孔后邊、先小后大、先內后外的原則,對于一些復雜的產(chǎn)品需做特殊處理的例外。
刀軸矢量的控制一直是五軸加工技術(shù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn),在刀軸矢量的控制方面,PEPS五軸編程系統具有較智能化和便捷、靈活的控制模塊,在程序的編制過(guò)程中,系統會(huì )根據產(chǎn)品曲面上的三維輪廓自動(dòng)捕捉各節點(diǎn)的矢量方向,不需編程技術(shù)人員設置驅動(dòng)面或驅動(dòng)線(xiàn)而產(chǎn)生流暢的加工軌跡。對于一些形狀復雜的產(chǎn)品,由于局部曲率有很大的變化,如R附近,切割時(shí)曲率的改變造成進(jìn)給的減小,使激光的能量在有效的切割長(cháng)度內集聚堆積而燒傷產(chǎn)品,嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量,這就需要對這些區域的刀軸矢量方向做適當的調整,使之產(chǎn)生理想的刀軌。