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激光冲裁系统使批量生产“无模具”成为现实。

来源:admin 编辑:织梦58 时间:2019-03-17 07:49

   【】 中国机床商业网络 由于高强度钢和铝的应用不断改进,在轻型汽车部件领域取得了显著进展。。 然而,大多数轻质部件最初都是原材料——尤其是冲压和冲裁的零件,因为在板材或卷材的切割过程中会产生废料,从而浪费了大量的材料。。 此外,对于冲压冲裁过程,每个零件都需要一个模具,因此,模具制造、模具更换和模具储存是不可避免的。
   最大限度地减少与模具相关的浪费和成本不仅可银猪在线以降低部件成本,还可以减少材料生产过程中产生的能量和二氧化碳,这对使用大量材料的汽车工业来说是一大挑战。。 有鉴于此,本田的解决方案是开发一种无模具智能激光冲裁系统( ILBS ),用于大规模生产。。
   智能激光消隐系统的目标
   模具冲压和冲裁是汽车工业大规模生产中广泛使用的一种工艺。。 与其高生产率相反,使用模具的缺点是制造成本高和需要长期储存空间。。 此外,由于小曲率对叶片设计的限制,冲裁件的材料回收率不好。。
   通过激光冲裁技术在汽车钣金生产中的应用,不再需要使用模具,并且可以避免冲压硬化,从而带来更高的设计自由度、更低的成本和更高的成形性。 这些都是激光冲裁比传统冲压冲裁技术的优势。 然而,激光冲裁主要用于小批量原型设计,因为与冲压冲裁相比,激光冲裁的加工速度非常慢。。
图1。本田<a href=
图1。 本田工程公司安装的ILBS生产线。有限公司。在日本的约克工厂。
   因此,提高激光冲裁的加工速度对于最大限度地发挥激光冲裁的优势非常重要。本田将ILBS用于大规模生产,主要开发三项关键技术:高速激光切割、高速H型龙门系统和连续进料输送系统(图1 )。
   高速激光切割
   激光切割包括通过施加热能熔化金属板,并通过施加气体去除熔融金属。因此,通过增加热能密度和优化辅助气体条件来提高切割速度非常重要。本田使用50微米的斑点直径;M 5kW光纤激光器提高热能密度。对于辅助气体,主要使用氮气代替压缩空气,以避免切割表面氧化,从而获得更好的质量。
   首先,本田展示了120米/分钟(板厚: 0。6mm )切割速度。间隙是激光切割的一个重要参数,因为它将直接影响激光聚焦和辅助气体流量。当我们说“可能切割”时,这意味着间隙有足够的公差来抵抗大规模生产期间的干扰。
   在实际切割中,激光头振动和金属板波纹引起的间隙变化会导致激光焦点散焦,从而导致切割问题。与具有相同光学性能的传统激光头相比,Honda使用了具有相同光学性能的激光加工头,重量比传统激光头减轻了三分之一,从而降低了机架上的惯性力,避免了机器在加速过程中的振动(图。2 )。
图2. 高速激光切割头的重量比传统激光头 减少三分之一,但光学性能保持不变.
图2。 与传统激光头相比,高速激光切割头的重量减轻了三分之一,但光学性能保持不变。
   金属板波纹是间隙的一个重要因素。像传统系统一样,激光头的电容位移传感器持续测量金属板件之间的距离,然后反馈给激光头的Z轴电机,以稳定其间隙。本田已经提高了测量频率和处理速度,以匹配ILBS的切割速度,这比传统系统快得多。
   通过增加热能密度、稳定间隙和优化辅助气体条件,本田在大规模生产环境中实现了比传统激光切割系统快3倍的切割速度。
   高加速度H型龙门系统
   激光头需要在2D平面内自由移动,以切割方形、弧形和复杂形状的坯料。随着激光头的轨迹决定了尺寸精度,位置重复性和运动精度变得越来越重要。
   当切割复杂形状时,加工时间显著增加,因为激光头需要沿着各种曲线移动,包括加速度。因此,激光头需要高加速度和高精度的驱动系统。
   一般来说,对于工业机器人来说,因为加速度不够高,所以保证的是位置的可重复性,而不是轨迹。当直线电机驱动系统用于提高每个轴的精度和加速度时,需要巨大的驱动力,导致连续运行期间电机的高功耗和过热。根据运动定律,a=F/M (其中a=加速度,F=力,M=质量),减轻重量是提高加速度的最佳方法。
   H型龙门由四个固定伺服电机和传动带组成。通过控制左右伺服电机的旋转,传动带使激光头沿X轴和Y轴方向移动。这是一个独特的驱动系统。驱动部件上没有致动器,因此实现了轻量化设计。
   此外,通过使用重量轻、刚性高的碳纤维增强塑料( CFRP ),减轻了框架的重量和变形。与传统钢架3G的加速度相比,本田已经实现了10 g的加速度。同时,通过使用带有碳纤维芯的聚氨酯传动带,由此获得的伸长率有助于将精度问题降低50 %。
   通过优化影响H型门架刚度的关键因素,本田实现了高加速度和提高了轨迹精度。
   连续进料输送系统
  在传统的冲压和冲裁过程中,材料被送入压力机,并且在板材冲裁时停止供给一定长度,并且重复该步骤,直到所有的卷材被压平并排出。这意味着模具在进料过程中不起作用。借助智能激光冲裁系统,本田通过连续进料和输送系统提高了生产线的效率,从而消除了这种停机时间。
   为了建立连续的激光切割过程,确保激光头下方的空间和稳定进给是关键问题。一般来说,激光切割较低位置的锯齿支架可以在切割过程中保持平板平整。锯齿支架的问题是锯齿本身同时被切割,因此切割失败是由于高速切割过程中熔融金属排放造成的堵塞。
   因此,本田公司开发了一种能够保护激光头下方空间的传输系统。飞溅箱被放置在激光头下方,以保持激光头Y轴运动的同步,这样它可以从头到尾安全地收集飞溅物。这种使用碳纤维布的独特输送系统旨在与高度加速的H型门架系统同步降低重量和增加刚度。
   基于这种同步系统,本田可以在2×2m的加工区域内切割长度大于3m的大零件,如侧板( SPO )和小零件,如后内板。
   飞溅收集器和自动清洁系统
   ILBS一天可以切割10 - 20吨卷材,因此吸引了人们对每天收集几十公斤飞溅物的关注。在传统的激光切割过程中,烟雾收集器仅用于收集微小的飞溅物。相比之下,ILBS使用飞溅箱来收集和防止飞溅。防溅箱连接到一个烟雾收集器上,该收集器被设计成收集不同尺寸的防溅物。
   本田通过减少过滤器堵塞来提高飞溅收集效率并保持吸力,这通常需要定期维护。他们还通过使用自动清洁系统在线圈更换过程中清洁过滤器,将对生产率的影响降至最低。
   国际法准则实施的结果
   自2015年10月以来,本田一直使用ILBS (这是汽车工业中第一条无模具冲裁生产线) (图3 )冲裁许多零件,如SPO和覆盖件。当前型号的模具仍然存在,因为生产是在智能激光冲裁系统实施之前开始的,但是从现在开始,该模具不需要用于该型号,因此不需要存储空间或周转设备。以前的模具模型必须在零件生产完成后保存10年——然而,使用ILBS,所需的数据几乎可以保存下来。
图3 显示了使用无模的落料生产线拣选废料.
无花果。图3显示了使用无模具下料线拾取废料。
   通常,坯料被设计成具有一定的余量,以处理冲压成形期间在坯料设定中可能出现的不正确校准的问题。此外,通过重写程序,冲压裂纹等问题可以得到最好的解决。 其他优点,如提高冲压成形性和减少冲压载荷,推动了用智能激光冲裁系统取代高强度钢冲压冲裁工艺的进程。
图4显示的是使用ILBS的激光落料零件的输送.
无花果。4显示了使用ILBS运输激光冲裁件。
   结论
   通过ILBS的发展,本田彻底改变了汽车工业的制造过程(图4 )。此外,该公司希望与用户合作,并不断改进ILBS,以帮助世界各国消除落料线上模具的使用。
   (原标题:激光冲裁系统实现“无模具”批量生产)

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