激光切割技術(shù)在篩板加工中的應(yīng)用研究

劉險(xiǎn)峰　張志剛

摘? 要：文章通過(guò)加工篩板，對(duì)比多種加工方法，研究激光切割的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)果表明：激光切割技術(shù)在不銹鋼薄板加工中高效、優(yōu)質(zhì)，在現(xiàn)代機(jī)械加工領(lǐng)域中有不可替代的地位。

關(guān)鍵詞：激光切割;篩板;應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：TG485? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）18-0119-02

Abstract： In this paper， through the processing of sieve plate， compared with a variety of processing methods， the advantages and disadvantages of laser cutting are studied. The results show that laser cutting has high efficiency and high quality in stainless steel sheet processing， and has an irreplaceable position in the field of modern machining.

Keywords： laser cutting; sieve plate; application and research

1 概述

振動(dòng)篩是工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，加工出符合工藝要求的篩板，對(duì)于工礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行、優(yōu)化生產(chǎn)成本、降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度具有深遠(yuǎn)意義。SUS304不銹鋼[1-2]由于表面光澤度高，耐腐蝕性能好被廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)。特殊作業(yè)環(huán)境下，振動(dòng)篩篩板必須使用SUS304不銹鋼薄板來(lái)加工制造。

2 篩板加工實(shí)驗(yàn)

2.1 篩板設(shè)計(jì)

按照篩分工藝要求及現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)篩的作業(yè)環(huán)境、安裝情況，設(shè)計(jì)出篩板。見(jiàn)圖1。

2.2 篩板加工

篩板加工的最終質(zhì)量決定了振動(dòng)篩能否達(dá)到篩分工藝要求，并影響振動(dòng)篩的效率和整體精度。篩板加工的特點(diǎn)是板薄、孔多、易于變形，加工之后不能產(chǎn)生導(dǎo)磁性。傳統(tǒng)的切割工藝手段有火焰切割，等離子切割，水刀切割和線切割等，因篩板尺寸精度高，加工時(shí)只能采用數(shù)控機(jī)床。擬定的三種加工方式是：數(shù)控加工中心（或數(shù)控鉆床）、數(shù)控沖床、數(shù)控激光切割機(jī)。幾種工藝加工篩板的效果對(duì)比詳見(jiàn)表1。

在機(jī)械制造廠里，許多精密加工需要在數(shù)控加工中心加工，加工此篩板長(zhǎng)時(shí)間占用數(shù)控加工中心得不償失;如果采用數(shù)控沖床加工孔板，沖孔之后需要送到鉆床進(jìn)行擴(kuò)孔，二次定位降低了孔板位置精度?，F(xiàn)有條件下，選用激光切割是最佳選擇。但必須要解決小孔切割不圓和孔板變形量大的問(wèn)題。

3 激光切割技術(shù)的選擇

3.1 二氧化碳激光切割技術(shù)

作為主流的、傳統(tǒng)的激光切割、焊接設(shè)備，都采用CO2激光器，可以穩(wěn)定切割20mm以內(nèi)的碳鋼，10mm以內(nèi)的不銹鋼，8mm以下的鋁合金。早期在光纖激光器推出市場(chǎng)之前，為了實(shí)現(xiàn)三維加工，可采用光關(guān)節(jié)技術(shù)通過(guò)高度精密配合的動(dòng)態(tài)的組合反射鏡系統(tǒng)將CO2激光導(dǎo)到三維曲面表面，實(shí)現(xiàn)CO2激光的三維加工，但價(jià)格昂貴，維護(hù)要求高，在光纖激光的市場(chǎng)份額逐漸擴(kuò)大的同時(shí)已經(jīng)逐漸失去其市場(chǎng)。根據(jù)國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)，激光危害等級(jí)分4級(jí)，CO2激光屬于危害最小的一級(jí)。

3.2 光纖激光切割技術(shù)[7]

光纖激光可以通過(guò)光纖傳輸，柔性化程度空前提高，特別是針對(duì)汽車行業(yè)，由于基本上都是薄板曲面加工，光纖激光配合同樣柔性化的機(jī)器人系統(tǒng)，成本低，故障點(diǎn)少，維護(hù)方便，速度快，已經(jīng)占領(lǐng)了大部分市場(chǎng)。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)的原因，其只能切金屬材料，對(duì)非金屬不容易被其吸收，從而影響其切割范圍。光纖激光的光電轉(zhuǎn)化率高達(dá)25%以上，而CO2激光的光電轉(zhuǎn)化率只有10%左右，在電費(fèi)消耗、配套冷卻系統(tǒng)等方面光纖激光的優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。光纖激光由于波長(zhǎng)短對(duì)人體眼睛的傷害大，屬于危害最大的一級(jí)，所以光纖激光加工時(shí)處于全封閉的環(huán)境。

3.3 加工篩板所采用的激光切割技術(shù)

考慮激光切割對(duì)孔板導(dǎo)磁性能的影響[8-9]，同時(shí)兼顧加工精度、加工成本、所處位置地理區(qū)域狀況等多方面因素，最終確定使用光纖激光切割機(jī)批量加工篩板。

4 存在的問(wèn)題及解決方案

前期實(shí)驗(yàn)中，激光切割加工篩板存在的主要問(wèn)題是：（1）切割小孔時(shí)，呈橢圓形;（2）切割之后篩板變形量大，平面度不理想。

4.1 小孔切割圓度調(diào)整

與激光切割機(jī)制造廠家電話聯(lián)系后，廠家回復(fù)：切割速度、焦點(diǎn)位置的調(diào)整、輔助氣體壓力、激光輸出功率是影響激光切割質(zhì)量的主要因素。從使用的光纖激光切割機(jī)的運(yùn)行情況來(lái)看，問(wèn)題在于透鏡焦長(zhǎng)產(chǎn)生了飄移：激光束聚焦后光斑大小與透鏡焦長(zhǎng)成正比，光束經(jīng)短焦長(zhǎng)透鏡聚焦后光斑尺寸很小，焦點(diǎn)處功率密度很高，對(duì)高速切割薄型材料很有利;隨著設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行，透鏡聚焦發(fā)生改變，小孔徑切割成為橢圓。廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整之后，孔板割孔不圓的問(wèn)題得到了解決。

4.2 篩板變形量大問(wèn)題的解決

4.2.1 原因分析

初次加工時(shí)整張不銹鋼鋼板放到工作平臺(tái)進(jìn)行切割，優(yōu)點(diǎn)是高效、省料。但鋼板切割時(shí)局部受熱，熱量很快傳遞到整張鋼板，在一處切割時(shí)整張不銹鋼板全面積受熱。由于各處受熱不均勻，產(chǎn)生的變形量也不相同，具體到單個(gè)篩板，加工完成之后總是產(chǎn)生較大的變形，變形量達(dá)到3毫米上。

4.2.2 采取的措施

（1）把激光加工后的篩板用100噸油壓機(jī)壓平，保持固定油壓，18小時(shí)后松開(kāi)油壓機(jī)取出篩板，發(fā)現(xiàn)篩板又恢復(fù)為原來(lái)的變形狀態(tài)。

（2）為保證篩板的加工質(zhì)量，決定分兩個(gè)步驟進(jìn)行切割。首先把整張鋼板切割成為小塊，再把小塊鋼板用螺栓固定到模具上，進(jìn)行激光切割。見(jiàn)圖2、圖3。如此加工之后的篩板變形量為1～2毫米，缺點(diǎn)是鋼板利用率降低，但成品變形程度大幅度降低。

（3）如果用機(jī)械加工的方法把篩板變形量控制在1毫米以內(nèi)，預(yù)計(jì)加工成本將急劇上升。振動(dòng)篩實(shí)際安裝篩板時(shí)，把安裝孔位置處的各螺栓擰緊，則篩板自動(dòng)校平。

5 結(jié)束語(yǔ)

篩板加工僅靠單一機(jī)械加工方法，很難低成本達(dá)到所需要的結(jié)果。在采用光纖激光切割技術(shù)前提下，使用模板作為輔助方法，大幅度提高了篩板的平面度。在安裝篩板過(guò)程中緊固螺栓時(shí)，篩板自動(dòng)調(diào)整平面度，達(dá)到了振動(dòng)篩設(shè)備對(duì)篩板的平面度要求。

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