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焊接设备/切割机 |
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高效地完成钣材加工 |
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作者：Andreas Kettner-Reich |
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几年前，在对钣材加工过程经济性地考察中，还只有加工速度和模具的使用寿命两个考察因素。今天，这两个因素仍然是钣材加工经济性的考察重点，与此同时高效节能正在成为钣材加工经济性考察的重点之一。
效率是成果与资金利用的比值。在对机床设备是否节能环保进行具体考察时，最具说服力的是一系列的考察内容，包括对资源利用效率的考察（图1）。灵活的钣材零件加工设备有着非常广泛的用途。而钣材加工设备的操作者往往不知道它也可以节约能源。因此，总是不断有一些机床设备被“定义”为节能设备，但实际上根本不是。
二氧化碳激光器能更好地切割各种厚度的钣材
Trumpf公司在多年的不断创新中逐步实现了钣材加工设备的高效节能。在这一过程中，他们从创新和节能两个不同的角度来考察钣材加工设备的高效节能问题。一方面是钣材加工设备生产过程中直接消耗的能源的节约潜力；另一方面是通过钣材零件相应的改变而带来的间接节能的可能性，例如使用创新性的钣材加工机床以及与其有关的加工工艺所带来的节能潜力。这样就可以得出最具吸引力的节能潜力数据了；同时，零件的生产成本也会降低，得到的总效果往往超出节能本身所带来的效果。当您使用2D激光钣材切割机时，在每天两班生产的情况下电力能源和切割气体的费用总和只占零件生产成本的3%，这是一个非常令人惊讶的数据。而在中型冲压机床中，能源费用在零件成本中所占的比例恰好达到1%（图2）。
图2
激光切割设备中与节能有着直接关系的节能潜力最大的零部件是喷嘴直径和涡轮离心鼓风机。把激光发射器牢固的固定在床身底座上能够使设备有着很好的整体刚性，也能够让激光切割设备使用小直径的割咀，例如直径0.8mm的割咀。这样，激光钣材切割机所消耗的切割气体就会明显减少，例如在使用直径为1.4mm的割咀、在1.5MPa的压力下切割时比使用直径2mm的割咀要节约50%以上的氮气。
在直接节约激光能源方面，涡轮离心鼓风机是一个很好的节能点。在现代化的激光钣材切割设备中，当激光不切割时这个装置可以自动停止工作。这就可以把激光消耗的能源减少约40％。而重新工作时，它可在几秒钟内重新恢复到正常工作状态。
在激光切割时，激光本身在节能方面起到的作用是一个值得考虑的问题。激光源的类型与激光切割设备的效率相互匹配吗？您会回答：肯定是相互匹配的。那什么样的激光源才是正确的激光源呢？这个问题不是激光切割设备生产厂家所决定的，相反与用户的应用有着密切的关系。尽管不断改进的气体二氧化碳激光器有着比固体激光器更高的效率，但固体激光器在各种厚度零件的切割中有着很好的切割质量和最高的工作可靠性，也常常能够弥补效率方面的不足。
若您的激光切割设备主要是用于薄钣切割，则使用固体激光切割设备比气体激光切割设备更加理想。例如Trumpf公司研发生产的Trulaser 5030 fiber：这是一台节能型的薄钣切割加工机床，可以加工的钣材厚度最大为5mm。在采用了最新的Trudisk激光切割器之后，它的切割速度比迄今为止的其他激光切割机床提高了300％。同时，效率也大大提高，每一工件切割时节约的能源达75％。另外，使用这种固体激光钣材切割设备的用户还能将其设备参数上传至生产网络中。
在冲压成形加工过程中能够直接节约能源
一种特别有意义的应用情况是：激光焊接与未被充分利用的高性能激光切割设备以及激光冲裁设备的结合。生产设备构成的网络往往能够导致激光源利用率的较大提高，因为在中型的复合式加工设备中，例如本文所介绍的激光加工设备中，激光源的能量通常只有一小部分是真正用在零件加工中的。其他的时间里激光源不工作，因为机床在冲裁或者调整。在激光焊接机床中，这种激光射线和时间的关系也非常相似，因为总是要不断地调整工艺装备。这里都有很大的节能潜力可以挖掘。
在冲裁加工过程中也可以直接节约能源。例如，在合适的冲裁设备中加装电子冲裁模块。与之相比，间接节能却是最有潜力可以挖掘的。不久前，Trumpf公司开发了一种创新性的冲裁技术——没有边角余料的冲裁技术。长期以来，尽管对冲裁时的钣材排料、钣材套料根据加工过程已经进行了优化，但最终在整张铁钣的周边还是会出现L形的边角余料。在利用了这种无余料冲裁技术之后，可以把钣材的棱边当作冲裁零件的边缘利用起来，在钣材边缘的范围内都可以加工出合格的零件。这就把钣材的利用率提高了10％。在某一测试用户处，其产能提高了50％，同时剩余的边角余料减少了20％。这些数字背后，蕴藏着很大的经济效益。因为生产一张铁钣所消耗的能源是冲裁设备把钣材加工成零件所消耗能源的30～80倍。另一种说法是，无边角余料加工技术每年所节约的能源可以让机床设备工作40年。
激光加工与切削加工节能的比较
另一个少人了解，但在钣材加工节能中有着重要意义的是产品的结构形状。利用激光切割并焊接起来的零件所消耗的能源还不到采用铣削、钻削加工的10%。例如，一个不锈钢材料制作的横梁，采用Multilayer结构设计之后生产时所消耗的能源从原来的48kW.h降低到3.2kW.h；其加工工时也从原来的3h缩短到了令人难以置信的3min。另一个实例是：Trulaser 5030型激光设备的横梁（图）。经过结构优化设计之后，箱型构件的肋板保证了所需的弯曲强度和扭转刚性。采用激光焊接之后，壁厚和加工余量都明显减少，大大节约了金属材料。它直接带来的效果是横梁比过去更轻，动态能量消耗更少。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(5/24/2013) |
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