激光高效切割技术在工程机械制造中的应用

傅中明

激光高效切割技术在工程机械制造中的应用

傅中明

我公司生产的工程机械产品中，大部分零件应用了目前主流的切割技术，现将工程机械行业常用的切割技术进行阐述，并重点介绍激光切割技术的应用及发展。

1. 工程机械切割下料现状（以装载机为例）

（1）装载机下料的特点 首先，下料材料。装载机结构件下料的材料主要是碳素结构钢、低合金结构钢等，材质本身具有良好的力学性能，产生冷、热裂纹的倾向小，切割前工件不需预热，切割后也不需特殊措施。

其次，结构特点。装载机下料工件包括薄板件(如驾驶室、机罩、盖板等)，板厚为1～4 mm；中板件（如车架、行走架、动臂、斗杆、铲斗等），板厚为6～20 mm；厚板件（如装载机前、后轮）板厚20mm 以上。所需的下料件中，薄板件、中板件零件占的比重较大。为确保下料零件表面质量最优，同时考虑成本效率等因素，公司规定对不同板厚要求采用不同的切割方法（见附表）。

（2）装载机切割下料应用情况 工程机械生产中，切割下料通常有火焰切割、等离子切割、激光切割三种常见的切割技术。

首先，火焰切割（见图1），主要用于切割低碳钢。由于火焰切割的热输入影响大，切割速度低，所以主要用于切割板厚＞20mm、不要求尺寸精确的板材，因此主要用来开坡口及薄板的整形工作。

其次，等离子切割（见图2）。由于其工艺特点，主要应用于切割30mm以下厚度的碳钢和低合金钢；还可切割氧乙炔无法切割的材料，如铝合金、不锈钢以及非金属材料等。

最后，激光切割（见图3）。激光切割的零件质量高，切割面光滑无毛刺，表面粗糙度一般能控制在12.5μm以下，具有切缝窄、几何形状好，受热影响很小，无热变形、工作噪声较低、污染小等特点。激光能够切割的材料范围很广，包括各种金属和非金属板材，不受材料硬度的影响（如陶瓷）。但其缺点，主要用于切割板厚10mm以下的钣金件，因此，广泛应用于各种工程机械钣金件和零件精密切割领域。

切割工艺与板厚对应表

图1 火焰切割

图2 等离子切割

2. 激光高效切割技术的特点及优势

（1）激光高效切割技术的

特点 激光切割具有无接触加工、柔性化程度高、高效、质量好，具有广泛的适应性和灵活性，可切割材料范围广等特点。① 激光切割切缝宽度小，材料的利用率高。并能精确切割形状复杂、有尖角的零件，尺寸精度可达±0.05mm。 ② 激光切割作用时间短，工件变形少，周边热影响区很小，为0.08～0.1mm。③激光切割时只需定位，因而工件无机械应力及表面损伤。④切割速度快，为机械方法的20倍，特别适用于中、薄板的高精度、高速度切割。⑤噪声和振动小，对环境基本无污染。

图3 激光切割

（2）激光高效切割应用的优势 柳工集团是最早将激光切割加工系统引进到工程机械的厂家之一，其主要应用于大型覆盖件的切割下料，挡风板的激光切割等。激光切割除了可以快速方便地切割各种不同形状的坯料外（见图4），还用来切割加工因规格不同，需要更改的零件安装孔位置，如标志灯、车架、车身两侧装饰线等。三维激光切割技术，由于其本身具有加工灵活和保证质量的特性，故被公司用来新车试制，用于切割轮廓和修正。公司采用Rofin-Sinar的500W激光器通过光纤连接到装在机械手上的焊头，用以切割装载机门各种安装孔，1min就完成一扇门开孔的加工。另外在车身装配后的加工、开行李架固定孔，顶盖滑轨孔、天线安装孔、修改车轮挡泥板形状等也经常应用。它既缩短了试制周期又省了节模具，充分体现出采用激光切割加工的优点。

与其他切割方法相比，激光切割有以下三大优势：

第一，工件可以进行任意形式的紧密排料或套裁，使原材料得到充分利用，并且加工后的零件没有任何形变。

第二，效率高，以1mm厚的铝合金板为例，切割速度可达40m/min。高效率使得单件加工成本成几何级数地降低，甚至低于传统加工方法。

第三，无需刀具和模具。在计算机控制下，可直接实现二维、三维以上任意形状的板类和壳体类零件的柔性加工，特别适用于新产品研制开发阶段的多品种、小批量的钣金类零件的加工，可省去费用很高的模具设计、制造费，极大地缩短了生产周期。

3. 激光高效切割在工程机械制造应用的发展

我国激光工业起步较晚，虽然在近几年来已经涌现出像华工激光、楚天激光以及大族激光等比较知名的激光加工设备企业，但由于激光核心技术与国外相比还存在一定的差距，特别是激光电源方面，主要以国外为主，致使激光加工设备的成本比较高，在企业的应用还不是很广泛。但是，随着国内激光加工技术的快速发展，激光加工电源必将在加工成本、加工厚度等方面实现突破，推动激光切割技术不断地向前发展。

发展趋势如下：

第一，激光切割将向数字化、智能化方向发展。将CAD/ CAPP/CAM以及人工智能运用于激光切割，研制出高度智能化的多功能激光加工系统。

第二，激光切割向多功能的激光加工中心发展，将激光切割、激光焊接以及热处理等各道工序后的质量反馈集成在一起，充分发挥激光加工的整体优势。

第三，激光切割将向更高效率、精度，以及多功能和高适应性方向发展，激光切割机器人的应用范围将会越来越大。

第四，激光切割正向着柔性化方向发展。

图4 激光切割下料

扫描二维码观看视频

4. 结语

随着未来“中国制造2025”规划的深入实施，中国工程机械制造将对高效制造技术的应用越来越广泛。由于激光加工技术具有高效率、高精度等优势，加上配合未来智能制造技术的应用，激光切割将在工程机械钣金加工下料中起到越来越重要的作用。激光加工企业也应当加快智能化激光切割技术的研发步伐，适应企业生产发展的需要。

傅中明，扬州柳工建设机械有限公司