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激光切割：大功率=高利润？ |
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作者：瑞士百超 Martin Engel |
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激光光源对于激光切割系统的生产率具有决定性的影响。然而，并非仅靠激光功率就能理所当然地获得高利润。整个系统的完美配合同样至关重要。
并不是所有的激光切割都千篇一律。即便在今天，当这种技术经历了层出不穷的创新之后，相应的机器之间还是存在着显著的差别。客户的立场无庸置疑：他们需要能够以最低的成本生产出高质量切割件的系统，并且该系统必须具有高度的可用性，以便在预定的最终期限内完成工作。由此在单位时间内处理尽可能多的工作，以至于在尽可能短的时间内收回对系统的投资。简言之：激光切割系统的生产率越高，从中赢得的利润就越多。影响激光切割系统生产率的一个重要因素是系统所采用的激光光源。在激光功率方面，作为领先的钣金加工整体解决方案的供应商之一，Bystronic提供从2.2千瓦直到6千瓦的激光器。当然，需要关注的不仅仅是激光功率的千瓦数，激光与整个系统的最佳配合同样意义重大。这一点只有当系统与激光器来自同一个供应商，并且二者密不可分地共同开发时才能得到保证。
相互影响是关键
最新开发的穿孔法，即可控脉冲刺穿（CPP），代表着对激光脉冲性能要求的最高水平。在加工厚度4至25毫米的板材时，CPP将切割时间缩短了一半。加工分两个阶段进行，首先预穿孔。在切割头和板材之间保持较大的间距，以防止喷嘴和镜头过度污染。之后再缩小间距完成整个穿孔。在穿孔完成之时，切割头上的传感器根据反射光探测到精确的位置点并生成相应的信号。然后系统立即开始切割过程。这种加工程序不仅节省时间，而且孔径保持最小在10毫米厚的板材上孔径仅1毫米（图1）。另外，加工表面几乎看不到任何污渍。同时，CPP大大提高了机床的加工安全。
图1：不使用CPP方法需要相当多的额外
工作量才能切割出孔洞（左）；使用（中）
和不使用（右）CPP方法穿孔和切口。
以零刺穿时间导入要求激光光源具有最大的可靠性，其必须能够即使在要求的位置点上精确地提高和降低功率。这已经不再是一个刺穿的过程，而是一个毫无时间损失的直接切割过程，适用于厚度在8毫米以下的材料。图2显示了切割头如何以一条弧线（1）行进至切割标记（2）。一旦到位，系统立即开始切割。绿色的虚线部分完全以参数表示。同时立即在轮廓线起点（3）进行实际切割参数的转换，以便依据这些参数执行切割过程。随后，切割头以一条弧线行进至下一个要切割的轮廓上。与传统的刺穿方法相比，一直使用此方法可以将工件气割时间最多降低35%。
图2：切割头在导入，直接切割过程中的行走线路。
激光解决方案
CO2气体作为激光的激活材料。因为这种激光不仅在工业应用中具有较高的输出功率，而且还显示出其他众多优势，例如：激光束质量最佳，可靠以及其他众多优势，例如：激光束质量佳，可靠以及设计紧凑。使用直流电（DC）以CO2气体激活激光光源，其功率可高达5.2千瓦。新型大功率激光器却另辟蹊径：通过安装在蓄有气体的陶瓷管外面的电极注入能量。借助这种方法，能量以从电极释放出的高频波的方式流动，这就是为什么该方法被称为高频活化（或简称为HF活化）的原因。
DC活化相对于HF活化的优势在于相应的激光光源具有更高的效率。而反过来看，使用HF活化激光器却可以将更大的能量注入到定量气体中。换一种说法：为了生成一定的激光功率，只需要更少的气体。因此，功率为６千瓦的Bylaser6000同样能够配合较低功率的激光光源，并显示出非常高的机械稳定性。如果说DC活化更胜一筹。负责生成HF 能量的活化模块是由Bystronic基于半导体技术开发出来的。这为用户带来双重益处：由于这些模块耐磨损，因此与基于电子管的其他末极放大器相比降低了运行成本。此外还节省了空间，因为无需另外的箱体来容纳这些发射管。
功率必须有所回报
通常，用户能以多种方式从Bylaser 6000增强的激光功率中获益：刺穿时间被最小化，体现为工件切割时间更短，并且时间被最小化，体现为工件切割时间更短，并且由此实现更高的，创利的工件产量。由于一般情况下并非所有工件都必须以最大的功率生产，因此激光功率可以储备起来，进而提高了整个系统的过程安全性。最大板厚极限被提高了，例如不锈钢可达２５毫米，铝材可达１５毫米。这意味着以前超出用户能力范围的工作现在均可进行。此外，对于６毫米以上碳钢和４毫米以上不锈钢的切割性能显著提高。具体地说就是将更大的激光功率在Bystronic系统的动态极限内转化为更高的进给率。而实际上正是提高的进给率导致工件切割时间缩短和产量增加。
但是请注意：并非激光功率高就肯定能获得高利润。如果系统方案不能转换该功率，则也是与事无济的。如果功率过于昂贵，亦无法实现更高的利润。通常，提及Bystronic激光光源，人们想到的首先是其出色的效率，高度的可靠性，极低的耗电量以及降低到最大限度的运行成本。这些特点同样也适用于Bylaser6000。与同类其他品牌的６千瓦激光器相比，其明显地降低了成本。不过，这种激光器的运行成本却仍然高于低功率的激光器，主要是由于其能量需求更高。图３和图４基于典型工件的毛利率，说明只有对工件进行“恰当地”组合才能实现相应的利润，而这种组合主要是指中、厚板材或不锈钢的处理。另一方面，钣金大供应商的数据显示，２至６毫米钣金的处理在工厂中最多也最为重要，超过其他所有常规钢材（图５）。在这种情况下，系统方案必须被赋予更大的重要性，而不是片面地追求激光功率最大化。
结论：在投资一套系统的情况下定义正确的激光功率时，必须仔细检查实际的系统应用领域。为了充分发挥系统的优势，系统和激光光源应当来自同一个供应商。除了高度权威的咨询服务以外，该供应商还应当能够提供各种各样的高品质系统和激光光源。
原载国际金属加工商情(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(11/22/2006) |
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