激光切割缩短模具制造周期

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[ 内容简介 ]
% ~% b9 _3 n# i- R9 d与塑料模具不同，汽车覆盖件模具工艺复杂、工序繁多。一般要经过拉延、切边、冲孔、翻边（整形）等工序，其中切边工序周期最长。
摘要：与塑料模具不同，汽车覆盖件模具工艺复杂、工序繁多。一般要经过拉延、切边、冲孔、翻边（整形）等工序，其中切边工序周期最长。造成切边模周期长的最直接的原因是确定切边线需要用大量时间、反复摸索。本文介绍了三维激光切割的工作原理，阐述了其对缩短模具制造周期的作用。
$ H0 _" G' _) q7 ~　　关键词：激光切割；模具制造；周期

　　传统的切边线摸索方法导致模具制造周期很长，且企业生产成本也随之增加较多。而随着模具行业的竞争日趋激烈，要求模具的制造工期越来越短，且模具价格不断下降，也要求模具企业进一步降低生产成本，使得新方法的使用是迫在眉睫了。三维激光切割，正是顺应了目前模具行业的迫切需要，它能有效提高汽车覆盖件模具切边线的摸索质量、减少摸索次数、加快切边线确定的进程，可以有效缩短模具制造周期。

1 激光切割原理
( u0 U7 s0 D* ]    激光切割是利用经聚焦的高功率、高密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。它是一种高速、基本无变形、加工质量稳定的加工技术。三维激光切割可以根据产品的变化随形加工，完全满足汽车覆盖件切割的复杂要求。

2 传统的切边线确定方法
9 x$ i( }4 @) a% x　　汽车覆盖件切边模具大量采用Cr12MoV（对应国外牌号SKD-11）等合金钢作为切刃，这些材料价格昂贵，在焊接工艺不当或多次焊接过程中容易开裂。如果开裂将导致镶件报废，一方面模具成本会随着重新买料、加工而大幅增加；另一方面模具生产周期也会相应增长。故一般情况下，模具企业不会冒着可能大幅增加成本且增长生产周期的风险冒然加工切边模具，都会先对切边线进行几轮摸索后才加工模具。
) z$ z" e% ~% _$ H" ]. s! b6 {　　下面我们对传统切边线确定方法进行简单介绍。
　　首先，我们将CAE软件计算出来的理论切边线放一定手工修正余量（一般2mm左右)编制二维划线程序，然后将拉延模凸模放在机床上，并将已拉延完成的产品放在凸模上。我们用编制好的划线程序在产品上划线。由于汽车覆盖件产品形状复杂，且划线是在普通三轴机床上进行，所以会有划不到线的情况。图1所示就是一个很好的例子，在产品很陡峭的地方二维划线就显得无能为力了，这时需要再辅以手工划线。在对产品划完线后，工人同志根据划线，用火焰切割或用粗砂轮将不要的地方粗加工掉，再手工修出工件，接下来用该工件调试翻边（整形）模具，压出最终产品。并交由检测人员用检具检测产品，根据产品情况，调整切边线。最后，根据检测结果改线，重新划线、再试模，这样反复数次。

图1

　　根据上面对传统的切边线确定方法的介绍我们不难看出：在传统切边线确定过程中，第一次划线就与理论切边线不一致，加上还有手工辅助划线，并手工修出产品件，也就是说，一开始我们想得到的结果就与理论有很大差距，每一次改修实际上已经不完全是建立在上次的结果之上了，这就注定了我们需要反复数次才能得到一个相对可靠的结果；另外，由于每一次改修都需要大量手工修正，极浪费时间，造成上一次试模与下次改修之间的时间间隔会很长，也增大了模具生产周期的压力，还有就是每一次试模我们不仅会浪费产品样件，更会占用大量机床设备，同样也对模具成本控制也是挑战。
　　总的来讲，传统切边线确定方法最大的缺点是：手工修正占主导地位，人为干预多、周期长、成本高、质量低。

3 激光切割方法确定切边线
　　与传统方式相同，激光切割确定切边线的方法也同样要经过：编程、切割、试模、检测、修改线、再切割、再试模的循环，都需要占用机床。有如下不同之处：
　　第一，编制的程序不再留手工修正量，而是与理论切边线完全一致的三维加工程序，直接用于切割产品的。如图2所示，它能保证切割过程始终与实际切边状态一致，没有二维划线所划不到的情况。整个切割过程没有手工干预，从源头上保证了每一次加工得到的产品都与数模一致，从而将原来需要数次摸索才能得到的切边线减少到仅需要3到4次就可以完成。由于没有划线工序，也省去了手工切割的时间，使用激光切割可以将原来需要4小时（甚至更多时间）才能手工修出一个件减少到10分钟左右，将原来需要几天才能确定一个产品切边线的时间缩短为仅需要几小时。

图2

图3

图4

　　第二，激光切割得到的产品质量很好，切边线光顺，外观质量远远优于手工得到的产品。图 3 所示的是用传统划线+手工修正得到的产品，我们可以看出产品边缘有明显的黑皮，轮廓质量较差。图 4 所表示的是用激光切割加工的产品，表面质量接近于模具直接加工出的产品，更符合实际需求。
　　第三，由于采用了专用机床，不会因产品划线而影响其它模具生产进度，不再是一个简单的串行方式，为企业竞争赢利更多的时间，占用更少的资源。
　　激光切割确定切边线的方法特点：切割完全适应覆盖件产品的复杂变化、完全模拟实际模具生产状况、不需要手工修正、速度快、周期短、切割质量好。

4 激光切割编程与加工
　　与通用软件不同，激光切割软件一般不单独销售，基本上是同机床捆绑销售。在激光切割机市场日本NTC公司的五轴激光切割机占有绝对优势，它们捆绑的主要是PEPS PentaCut软件。与机床捆绑销售的好处是：软件中事先已经定制好了机床相关数据，保证程序仿真的真实性与准确性，同时也保证了用户生成的程序符合机床要求，杜绝了用户因设置错误而造成撞机的可能。这类软件显得特别简单、实用。下面以PEPS软件说明激光切割编程过程：
: g/ I7 l# u+ Q4 I　　（1）数据准备。PEPS软件能够直接读入如ug、CATIA、PRO-E等文件，也可以读入DXF、IGS、STEP等格式的文件，所以我们一般不需要对模型进行特殊的转换。值得一提的是该软件读入模型时只认模型的绝对坐标，而对汽模来讲我们一般模型的绝对坐标是汽车车身坐标。虽然在该软件中通过一系列的移动、旋转指令我们也可以将模型转到合适的位置，但不如在UG、CATIA等软件中改得那么快、那么直观，故建议将原有模型的相对坐标转换成绝对坐标。
　　（2）编程与仿真。如前所述，由于软件是与机床捆绑销售，软件也预设置好了机床的所有参数，在导入数模后我们仅需要做简单的操作就可以使产品数模移到预定位置（一般是机床中心）。考虑到产品在切割过程中可能变形，所以我们加工需要按一定的顺序，根据经验我们按先孔后轮廓、先内后外的方式，依次选取加工要素，只要我们确认选择完成，软件会自动计算出程序。原则上软件会自动保证不过切、不碰撞、不超程，但有时也需要手工修改，不过该软件较智能且容易操作，只要简单几步就可以将程序修正完成。
$ M* {* d, [, B# M7 D% e　　程序计算后，我们需要对程序进行仿真加工，仿真界面如图 5 所示，我们可以方便地将机床的刀轴定位于任何地方。

图5  加工仿真

　　（3）激光切割加工。如图6所示的是产品样件，图7所示的是产品样件正在切割。  

图6

图7

5 激光切割的前景
　　虽然，三维激光切割机在国内还没有普及，但随着行业竞争的加剧，缩短周期、提高质量、降低成本是模具企业发燕尾服的必由之路。激光切割必将成为模具企业最有力的竞争法宝。

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