钣金工程技术全Word格式.docx
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连续模式
低压切割
普通切割
高压切割
用氧气切结构钢
用氮气切不锈钢
用氮气切铝板
调制模式
切角
加速和剎车
激光功率与切割速度相关.可以避免切角时的烧痕.
普通脉冲模式
穿孔
薄板精细加工
切结构钢精细穿孔
切小孔精细切割
超脉冲模式
加工高反射率材料
用氮气切割铜
用氧气切割不锈钢
用氧气切割耐热钢
超强脉冲模式
厚板精细加工
变频穿孔:
增频
穿孔速度快
用氧气切割锌板
在连续模式下,激光输出的功率是恒定的,这使得进入板料的热量比较均匀.它适合于一般情况下较快速的切割,一方面可以提高工作效率,另一方面也是避免热量集中导致热影响区组织恶变的需要.
调制模式的激光功率是切割速度的函数,它可以通过限制在各点处的功率使进入板料的热量保持在相当的低水平,从而防止切缝边缘的烧伤.由于它的控制比较复杂,因此效率不是很高,只在短时段内使用.
脉冲模式虽可细分为三种情况,实质上只是强度的差别.往往根据材料的特性和结构的精度来选择.
5.LASER切割特点:
5.1狭的直边割缝
5.2最小的邻边热影响区
5.3极小的局部变形
5.4工件无机械变形
5.5无刀具磨损
5.6切割材料无需考虑它的硬度
5.7与自动化装备结合很方便,容易实现切割过程自动化
5.8由于不存在对切割工件限制,激光束具有无限的仿形切割能力
5.9与计算要相结合,可整张排料节省材料
6.气体参数的控制
在实际的Laser切割过程中,还要有辅助气体的参与.辅助气体不但可以将熔渣及时吹走,还起到冷却工件和清洁透镜的作用.选用不同的辅助气体,更能够改变切割的速度及割缝表面质量,对特殊金属的切割具有重大意义.
影响气体参数包括气体类型、气体压力和喷嘴直径.
(1)辅助气体类型辅助气体类型有氧气、空气、氮气和氩气.氧气适合于厚板切割、高速切割和极薄板切割;
空气适合于铝板、非金属及镀锌钢板的切割,在一定程度上它可以减少氧化膜且节省成本;
氮气作为切割时的保护气体可防氧化膜发生,防止燃烧(在板料较厚时容易发生);
氩气用于钛金属切割.
(2)气体压力气体压力分高压和低压两种,根据Laser机的技术参数,高压最大为20兆帕,低压最大为5兆帕.选择压力的依据有板料厚度、切割速度、熔化金属的粘度和激光功率.当料厚较大,切速较快,金属液体的粘度较高时,可选用高一些的压力;
相反,对于薄料、慢速切割或液态粘度小的金属,则可选择适当的低压.功率较大时适当增加气体压力对冷却周围材料是有益的,它适用于有特殊要求的场合.不管选用怎样的压力,其原则都是在保证吹渣效果的前提下尽可能经济.
(3)喷嘴直径 喷嘴直径的选取与气体压力的选择原则上是一样的,但它还与切割方法有关.对于以氧气作为辅助气体的切割,由于金属的燃烧,割缝较宽,要想迅速有效地吹走熔渣,得选用大直径的喷嘴才行,对于采用脉冲切割的场合,割缝较小,不宜选用太大的喷嘴.有时喷嘴大小的选择会与压力选择相矛盾,在不能两全的情况下,通过调节喷嘴与切缝的距离也能起到一定的作用.
7.材料特性与Laser加工的关系
工件切割的结果可能是切缝干净,也可能相反,切缝底部挂渣或切缝上带有烧痕,其中很大的一部分是由材料引起的.影响切割质量的因素有:
合金成分、材料显微结构、表面质量、表面处理、反射率、热导率、熔点及沸点.
通常合金成分影响材料的强度﹑可焊性﹑搞氧化性和耐腐蚀性,所以含碳量越高越难切割;
晶粒细小切缝品质好;
如果材料表面有锈蚀,或有氧化层,熔化时因氧化层与金属的性质不同,使表面产生难熔的氧化物,也增加了熔渣,切缝会呈不规则状;
表面粗造减少了反光度,提高热效率,经喷丸处理后切割质量要好许多.导热率低则热量集中,效率高.因此晶粒细小,表面粗糙、无锈蚀、导热率低的材料容易加工.
含碳量高、表面有镀层或涂漆、反光率高的材料较难切割.含碳量高的金属多属于熔点比较高的金属,由于难以熔化,增加了切穿的时间.一方面,它使得割缝加宽,表面热影响区扩大,造成切割质量的不稳定;
另一方面,合金成分含量高,使液态金属的粘度增加,使飞溅和挂渣的比率提高,加工时对激光功率、气吹压力的调节都提出了更高的要求.镀层和涂漆加强的光的反射,使熔融因难;
同时,也增加了熔渣的产生.
8.Laser切割应注意的问题
前面分析了Laser切割最主要的几个技术参数,它们决定了切割工艺的主要方面.但并不是只要把握了这就一定能加工出高质量的产品,还有几个问题是特别需要引起注意的;
8.1切速的选择
激光切割的速度最大可达200~300mm/s,实际加工时往往只有最大速的1/3~1/2,因为速度越高,伺服机构的动态精度就越低,直接影响切割质量.有实验表明,切割圆孔时,切速越高,孔径越小,加工的孔圆度就越差.只有在长边直线切割时才可以使用最大速切割以提高效率.
8.2切割的引线和尾线
在切割操作中,为了使割缝衔接良好,防止始端和终点烧伤,常常在切割开始和结束处各引一段过渡线,分别称作引线和尾线.引线和尾线对工件本身是没有用的,因此要安排在工件范围之外,同时注意不能将引线设置在尖角等不易散热处.引线与割缝的连接尽量采用圆弧过渡,使机器运动平稳并避免转角停顿造成烧伤.
8.3尖角的加工
用走圆弧加工出钝角 如有可能,避免加工没有圆弧的角.带圆弧的角有下列好处:
a轴运动的动态性能好.b热影响区小.c产生的毛刺少.对于不带圆角的边角,可以设定的最大半径是切缝宽度的一半.此时切割出来的边角是没有圆角的.
用圆孔成角法在薄板上切割尖角 当在薄板上高速切割时,建议使用圆孔成角法切割尖角,它有下列好处:
a切割尖角时,轴向变化均匀.b切角时,切速恒定.c防止了轴振动,避免毛刺生成.d尖角处的热影响区小.
用延时法在厚板上切割尖角 切割厚板时,如果还使用圆孔成角法,尖角周围会过热.此时应采用参数:
“Criticalangle,dwelltime”来切割尖角.机器运动到尖角处,停顿特定的时间,然后继续转向运动.
9.二次切割:
LASER二次加工:
因工艺上的需要或设计变更,要求对成品或半成品进行补切割加工
例:
如下之激光二次加工图形:
其中:
1为工件定位外形(辅助抓取定位原点作用)
2为第一次切割的定位销孔和避位孔
3为第二次切割的工件外形
加工原理:
通过第一次切割形成定位销孔与避位孔,然后将需要二次切割的工件通过定位销孔的配合准确定位,调入第二次切割程序切割二
次加工像素.
操作步骤
1.调入二次加工程序
例如:
上例图形生成的程序(01110101.LCC)如下:
%
()
(#FORMAT#X2440Y1220)
主程序
N1G29X617.7Y417.7P1H1
N2G52X212.3Y112.3L1C0
N2X265Y165L2
N4G99
N1000G28X405.4Y305.4L1P1(CODE=TEST-1)……………第一次切割子程序
N1001G0X2.7Y2.7
N1002G1Y5.4M04
…………
N2000G28X300Y200L2P2(CODE=TEST-2)……………第二次切割子程序
N2001G0X275Y155
N2019G98
&
执行一遍该程序,则可获得二次加工所需要的三个定位销孔和避位孔
2.程序代码编辑
(1)在主程序中删除定位避位孔之程序(一般规定了第一次切割之程序即L1程序)
在本例中即删除:
N2G52X212.3Y112.3L1CO
(2)在主程序中的L2子程序前加G52
在本例中即将:
N3X265Y165L2
(3)在G99程序行前加入G0X__Y__,作用是程序每执行完一次后到G0指定
位置停止停机,
方便二次加工取料,其中X,Y尺寸视实际情况定
在本例中程序修改为:
N3G0X700Y500
(4)依实际加工工件数目将主程序中的H1值修改为需要之数值
本例中设需加工10件产品,则将H1修改为H10
注:
在程序执行过程中,机台需将“INHIBIT”键处于启动状态
3.将修改好之程序另存新文件
在本例中修改好之程序如下:
N1G29X617.7Y417.7P1H10
N2G52X265Y165L2
N3GOX700Y500
N1001GOX2.7Y2.7
……………………
将其另存新檔,本例可存为:
01110201.LCC
4.调入修改好之程序执行
本例中调入01110201.LCC执行之
10.LASER常用加工参数
clock:
传感器—识别了加工材料,激光器的功率就从基本功率升到穿孔功率
z-m:
切割头从距离Z处开始下降时,激光功率就从基本功率
nozzle:
穿孔喷嘴距离达到,激光器功率才增加
circle:
穿孔后以穿孔点为心,设定速率一半的速度切割一个直径是2mm的圆,然后返回中心点以利于下一次切割,只在连续模式下有效,穿孔时间需重设
flying:
快速穿孔,所有的停留时间都设为0,切割方案必须用M06(切割头降低定位)编程,在M06和M07指令之间的所有路径被视为一个切割单元,所有参数的改变只有执行M07指令之后才有效,飞行穿孔技术仅用于较薄材料.
Modulation:
调制在减速(转弯,圆角和初始切割时的剎车减速)情况下调整激光功率,用额定速率的百分比表示阀直速率,当速率低于此值时,激光功率呈线性下降.
Laserpowercutting:
功率在普通运行模式下,激光以最高速率切割时功率,用额定功率百分比表示
Dwelltime:
延时时间仅在dwell功能有效时才有效,在转角处进给长度为0,这使融化材料被吹气除掉,光束不再偏离,尽可能选择短的延时时间,避免角部热现象
Dynamicfactor:
动态因子V=900×
Df×
√(R×
△S)
V最大动态速率
Df动态因子
R半径
ΔS拟合偏差
控制系统计算最高曲线给进速率该值与正常切割速度比较较小的设为当前切割速度
Toolradius:
刀具半径切缝宽度的一半,该参数在切割方案中有G41,G42命令时才有效,数值变大,切割产品外围变大,内孔变小,数值变小,切割产品外围变小,内孔变大
Focallength:
焦距焦点距板材上表面的距离
事实上影响切割质量的主要参数为:
速度,功率,焦距,汽压.
常用的加工参数见附表
11.LASER气体
激光气体
激光气体是由氦气,氮气,二氧化碳气体按照一定比例混合,这个比例在工厂预定好,确保最佳性能,不要随便调整,比例不当,可能会造成激光系统的失效和高压电源的损害.
二氧化碳CO2:
是启动物质,通过电荷放电,它被激发,然后电能转换成红外线
氮气N2:
氮气将电荷放电产生的能量传给二氧化碳,提高激光的输出功率
氦气He:
氦气能帮助保持气体中的电荷放电,并使二氧化碳易冷却
切割气体:
主要是N2或O2.
N2切割的切割面比较光亮.
O2切割的切割面由于材料被氧化而发黑.
LASER所用气体均为高纯度(均在99.99%以上).
3.2切割头的使用范围:
透镜焦距
[inch]
光斑直径
[um]
焦深长度[mm]
使用范围
材料类型
料厚范围[mm]
气体类型
气体压力[bar]
5.00
130
0.6
结构钢
镀锌板
不锈钢
合金
≦8
≦5
≦10
O2
N2
N2
≦12
8~16
7.50
190
1.4
≦20
8~20
喷嘴分为HK及K两种,如HK15表示高压感应式,孔径为Φ1.5mm.
下图为切割头的结构图:
调节光心旋钮
第二部分加工工艺处理
1.切割头示意图:
注:
从以上切割头结构尺寸图中可看出成形工件的二次加工干涉范围.
2.干涉加工范围(不同的喷嘴头)
正常喷嘴切削后的喷嘴(主要用于二次切割)
喷嘴外的阴影区域为正常的无干涉加工范围.
3.二次切割定位销规格
规格(D)
间隔
示意图
Φ3.0~Φ8.0
0.1mm
4.LASER加工参数及应用
(1)范围:
X*Y(2500*1250)
(2)激光束光俓通常为0.2mm
(3)2512型加工料厚:
机型
SUS
SPHC
AL
CU
1800W
5mm
10mm
3.0mm
薄材
3000W
25mm
LASER还可以加工木板,压克力板及附有薄膜的金属材料等.
LASER机具有自动感应功能而非金属它无法感应,因此加工时必须设定在每某一高度.,同时LASER机具有将薄膜割穿后再重复割金属材料而不必设定高度的功能.
(4)LASER具有刻蚀功能.如:
将文字或图案刻在工件上(刻蚀深度与加工参数有关)
(5)工作台上剑栅之间的行距为50mm(二次加工时,如有干涉,可将干涉之剑栅取下),加工小工件时,如果工件在X方向的宽度小于50﹐则工件切割完后就会从剑栅之间的空隙掉入废料箱.
如果工件在X方向的宽度大于50小于100﹐如果工件切割完后刚好只有一个剑栅支撑,也会掉入废料箱.
5.LASER二次切割落料原则:
(1)小工件(NCT只能单爪夹料时)采用先NCT再LASER二次切割.(通常LASER二次切割件上含有若干小工件,但必须以销钉孔定位.)
(2)以充分合理利用材料(1220*2440),方便NCT,LASER加工为原则
通常采用平均分的方法.即Y1取
或580,X1取值小于580(也可根据工件的实际情况而定).
7.薄材的加工:
LASER加工是利用高压气体来完成,依靠剑栅(铁材)的支撑,而在切割过程中材料会向下变形且经过剑栅处工件被烧黑.工艺处理时,通常先割一母板以避开工件的切割路径,再将材料放在母板上或者将薄材放在专用支架(治具)上并绷紧拉直以避免接触剑栅.
8.LASER加工的优势与缺陷(与NCT比较)
(1)直线切割速度比NCT快.
(2)可割不规则曲线
(3)割孔速度比NCT冲孔慢,LASER飞行切割的最快速度100个/分左右,而NCT的冲孔速度则超过400个/分.
(4)LASER的切割面光滑细腻,NCT步冲则会留下接点(NCT的无接点刀具步距比较小,D型刀具长才25mm).
结论:
LASER适合割外形,NCT适合冲孔,如没有现成的NCT刀具,则根据实际情况开NCT刀具.
9.LASER加工的工艺处理及注意事项:
(1)在割五金件底孔时,必须加大0.05mm.因为在切割起点与终点时会留有微小的接点.
例:
底孔为Φ5.4应割成Φ5.45
五金件的底通常用NCT或模具加工,以保证加工精度.
(2)割工艺孔时宽度一般大于0.5mm,越小毛刺越明显.
(3)在从平面到凸包的斜面作二次切割时,速度必须很慢,实际上与切割等厚材料类似.
(4)LASER为热加工,割网孔及薄材受热影响,容易使工件变形.
(5)所有工件的锐角如没有特别要求在LASER加工时,必须按R0.5mm倒圆角.
三.NCT加工相关事项
第一部分机床功能
1.NCT加工原理
数控机床是一种能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床,加工过程所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代号来表示,通过控制介质(如纸带或磁盘)将数字信息送入专用的或通用的计算器,计算器对输入的信息进行处理和运算,发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行组件,使机床自动加工出所需要的工件或产品.
2.NCT的主要结构
(1)NC控制系统:
主要的控制指令都由此发出,并接收机床的各个部分发出、回馈回来的信息,进行集中处理,以控制机床的各个工作过程.
(2)液压系统:
在NC控制系统支撑下的供冲头冲击所需的动力,执行T命令,m参数.
(3)冷却系统:
带走机床各个主页部分在工作中产生的热量,使机床在稳定的状态下工作.
(4)工作台:
放置板材,由伺服电机控制XY轴进给,使板材加工位置和冲头的工人相配合,是加工的主要场所.
3.常见的加工方式
NCT加工有多种方式,比如冲网孔、段冲、蚕食、切边角、自动移爪等,每一种加工方式都对应着特定的NC程序指令,使用相应的指令不仅使各种加工变得轻松,不易出错,而且.本节将就这些典型的NCT加工方式作一些说明.
(1)冲网孔 在计算器外壳的样品加工中,NCT常常加工数目惊人的散热网孔.如下图所示为网孔的分布种类之一:
使用G36和G37指令可以实现网孔的加工,G36控制X方向,G37控制Y方向.指令格式如下:
G36I±
d1Pn1J±
d2Kn2T000
G37I±
d2Kn2T000
I表示间隔,带下划线部分为I的值,正负号表示沿正方向或负方向.后面格式的含义一样.
P表示X方向冲孔数;
J表示Y方向间隔;
K为Y方向冲孔数.T指令是用来指令所使用模具的位置,位于X、Y的位置之后.若为相同模具继续使用时,一直到另一只模具使用时才指定模具.
(2)连续冲(矩形)孔 在NCT加工中,常会出现冲大的矩形孔的情形,冲这种孔可采用小型矩形模具连续冲孔的方式.在NC指令中,它是由G67指令来完成的.此模式是由G72所设之基准开始,将平行X轴方向长e1,Y轴方向长e2的矩形,以长w1,宽w2的模具连续冲孔得到.指令格式如下:
G67I±
e1J±
e2P±
w1Q±
w2T000
使用正方形模时省略Q.例如图中的矩形孔加工程序可用以下程序来完成:
G72G90X560.00Y370.00
G67I–240.00J–120.00P30.00T207
上式中,G72是模式基准点指令,欲指定模式基准点,在坐标值前要加上G72.G72指令只有指示坐标的作用,不能决定位置或实行冲孔,在其下一行,则须是冲孔的指令.
(3)蚕食在没有Laser切割机的情况下,有时加工一个尺寸较大的圆环或直长圆就用蚕食方式来做.蚕食模式是从以G72所定的基准点为中心,r为半径的圆周上与X轴夹角为θ1的点开始,在相距总共θ2的角度内,以直径为Φ的模具,作间隔为d的步冲.指令格式如下:
G68IrJ±
θ1K±
θ2P±
ΦQdT000
两个θ角前的“±
”号表示方向,Φ前的“±
”号表示内外侧,+表示在圆的外侧加工,-表示在圆的内侧加工.d表示蚕食间隔角度.举例如下,图中要切一个半径为120的环形孔,环的角度为120°
程序可以这样编写:
G72G90X600.00Y530.00
G68I120.00J30.00K120.00P–20Q6.00T303
P为0时,即指在所指定半径的圆周上作蚕食加工.蚕食也可以使用矩形刀具进行.如图所示即是.模具对X轴设定为115°
(-245°
),加工进行的同时模具的角度也会
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