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激光切割技术在铁路货车钣金制造中的应用_激光

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本文重点介绍了激光切割机在铁路货车钣金制造中的选型、应用、安装注意事项、质量控制原则以及未来的发展方向 本文重点介绍了激光切割机在铁路货车钣金制造中的选型、应用、安

  本文重点介绍了激光切割机在铁路货车钣金制造中的选型、应用、安装注意事项、质量控制原则以及未来的发展方向

  本文重点介绍了激光切割机在铁路货车钣金制造中的选型、应用、安装注意事项、质量控制原则以及未来的发展方向。

  激光切割机作为钣金件的常用加工设备,具有精度高、边缘热影响区小、切割断面质量好、割缝窄、切割断面平滑等优点,常常作为企业采购的首选设备。

  伴随着铁路货车的发展,重载、快捷、轻量化已成为其主要的发展方向。铁路货车产品的设计呈现多样性、结构特点也越来越复杂,导致异形钣金件从种类和数量上越来越多,从经济性上考虑只能采用切割下料方式加工。尤其近年来铁路货车新产品中广泛应用了不锈钢、铝合金等材质,对断面质量及热影响区要求极高,这也加剧了铁路货车制造行业切割能力不足,制造工艺水平不高的现状。因此,许多铁路货车制造厂也迫切需要采购激光切割机等关键设备解决目前能力瓶颈,提质增效。

  目前,市场上有两大类激光切割机分别是CO2激光切割机和光纤激光切割机。CO2激光切割机是将二氧化碳、氮气和氦气按照比例,以几千倍的大气压通过一对正负电极,从而产生激光,再利用谐振腔,导出可用激光束,通过飞行光路传导到切割头,经聚焦镜将激光聚焦在加工件上,利用激光射线的单一性和高温熔化、汽化、离子化材料,再配合辅助切割气体吹掉熔化、汽化、离子化的材料产生割缝,来实现切割加工的。(而光纤激光切割机则是将大量半导体管集中激发后将其中产生的若干激光束耦合再通过光纤传送到切割头。)

  我国目前市场上的CO2激光切割机的功率均不超过6kW,切割头移动范围不超过2m×6m(原因是飞行光路超过9m激光束会衰减,影响聚焦的模数,进而影响切割质量),模式一般为TM01(个别厂家承诺能达到TM00),光电转换率一般,需要水冷却系统带走多余热量,还需要压缩空气对飞行光路等部位进行保护和空气冷却。这类设备由于进入我国市场较早,拥有技术可靠成熟、切割厚度范围大、易耗件便于采购、辅助气体供应链完善、厂商众多等优势占有绝大部分的市场份额。如图1所示,光纤激光切割机商业化的时间比较短,市场份额占比小,最主要是波长较短,仅有CO2激光切割机的1/10,这较易于材料吸收热量产生热影响区。铁路货车钣金件的常用厚度范围在2~10mm之间,材料种类有碳钢、不锈钢(铁素体和奥氏体)、铝合金等,尺寸精度要求高,对切割热影响区的大小尤为重视。因此,这一缺点就铁路货车制造来说是不能接受的,铁路货车采购应以CO2激光切割机为主。

  很多企业认为CO2激光切割机采购回来,接上电就可以用了,其实不然。该设备还需要压缩空气、冷却水、稳压电源、减压阀、三种激光发生气体和两种辅助切割气体以及恒温间等配套设施,如果使用杜瓦瓶还需要减压汽化装置和过滤装置。

  激光切割机对环境的要求较高。周围设备的振动会对其加工精度产生很大影响,因此,在土建施工时需要在基础最外围设置一圈减振沟。在北方城市冬天寒冷,夏天炎热,早晚温差大,这对镜片等元器件影响很大。因此常常需要将其主体安装在恒温间里,但由于还需要上下料,外部交换工作台必须穿过墙体布置在恒温间外,如图2所示。

  另外,激光切割机机身的设计考虑了自身共振的因素以确保精度,因此恒温间不能与机身硬性接触,主机与恒温间需要减振夹层和绝热层。冷却装置和电控箱在切割时会大量散热,为了减少恒温间里空调系统的压力通常直接为其设置直通恒温间外的散热口,如图3所示。这里还有一个小窍门,可以在这里开一个抽拉盖。作用是夏天热气向恒温间外排放,冬季热气直排到恒温间内以节约能源。

  并且由于除尘系统的布袋和废料豆抽屉都需要定期清理,所以在恒温间设计时要充分考虑作业面积,同时,还要注意检修通道。

  水冷却系统中需要的去离子水也常常被忽视。在安装初期需要1500L电导率< 10 S/cm的蒸馏水(工业蒸馏水)用于冷却系统。其中500L用于初次水箱清洗;500L用于调试验收阶段;最后500L在验收结束后加到水冷机里使用,并确保至少每半年更换一次。由于国内的蒸馏水往往不达标,所以一般使用纯净水等代替。另外,应该在设备排水口处铺设下水管道,以便于排放废冷却水。

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