Wygaszanie laserowe dociera do producentów OEM w branży motoryzacyjnej

Dwa szerokie przenośniki teleskopowe poruszają się w tandemie pod aktywnymi głowicami tnącymi lasera, utrzymując pod spodem stałą szczelinę umożliwiającą odprowadzanie oparów i stopionego materiału.

Pewnego dnia na początku 1974 roku ówcześni redaktorzy The FABRICATOR zapoznali się z manuskryptem o najnowocześniejszej technologii, która spędziła lata w laboratorium, ale właśnie wtedy zaczynała pojawiać się na hali produkcyjnej.Obokziarniste zdjęcie 500-watowego lasera CO2 zamontowanego na maszynie do cięcia tlenowo-paliwowego, artykuł stwierdzał: „Teraz, po tylu latach obietnic, lasery stały się akceptowalnym narzędziem do obróbki metali”.

Okazało się to niedopowiedzeniem.Wszystkie te lata później laser dominuje w precyzyjnej produkcji blach.Rozkwitła po części ze względu na zdolność wycinania dowolnych kształtów w dowolnej orientacji.Układy gniazd na laserze płaskimw sklepie o dużym zróżnicowaniu produktów, o małej objętości przypominają dzieła sztuki.

Oczywiście w miarę wzrostu liczby zamówień cięcie laserowe jest tradycyjnie mniej opłacalne.Tak było nawet wtedy, gdy laser światłowodowy szturmem podbił rynek ponad dekadę temu.Fantastycznie szybki laser światłowodowy wygląda niesamowicieproduktywne, ale głowica tnąca nadal musi śledzić profil części.

Prasa tłocząca może od razu wyciąć profil wykroju, stąd dominacja prasy tłoczącej w wykrawaniu wysokonakładowym, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym.W żaden sposób laser nie może wyprzedzić tradycyjnej linii zaślepiającejprasy mechaniczne – prawda?

Niekoniecznie.Linie do wycinania laserowego trafiły do ​​niektórych wczesnych użytkowników na całym świecie, w tym do SET Enterprises, metalowego centrum serwisowego z siedzibą w Michigan.W 2016 roku Daimler zainstalował w Mercedesie dwie linie wygaszania laserowegoZakład Benz w Kuppenheim, Niemcy.Jeszcze jedna linia do wycinania laserowego rozpoczęła produkcję w innej fabryce Mercedes-Benz w Niemczech na początku tego roku, a czwarta linia jest w fazie montażu.

Najnowsze linie do wycinania laserowego wykazują elastyczność „beznarzędziową”, którą większość producentów metali z laserami do cięcia płaskiego cieszy się od lat.Ale niektóre linie wygaszania laserowego również dorównują, a czasem przekraczają prędkość wielulinie wykrawania na prasie zainstalowane na całym świecie.To wyczyn, którego redaktorzy The FABRICATOR w 1974 roku prawdopodobnie nie mogli sobie wyobrazić.

Trochę historii

Termin wygaszanie laserowe nie jest nowy, ale może wywołać zamieszanie, zwłaszcza wśród osób spoza łańcucha dostaw w branży motoryzacyjnej.Nie jest to w żaden sposób powiązane z „wykrojami spawanymi na miarę”, czasami nazywanymi „półfabrykatami spawanymi laserowo”, w których różnecięte profile są łączone za pomocą spawania laserowego, tworząc pojedynczy półfabrykat o właściwościach dostosowanych do zastosowania.

Koncepcja wygaszania laserowego w USA sięga lat 90-tych.Na przełomie tysiącleci wielofirmowe konsorcjum o nazwie Laser Blanking Central zadało pytanie, które z perspektywy czasu wyprzedza swoje czasy: A jeśliprasę wykrawającą można zastąpić systemem cięcia laserowego zasilanym zwojami?

Grupa, która obejmowała firmy takie jak DCT w Sterling Heights w stanie Michigan i Alabama Laser Systems w Munford w stanie Ala., wraz z ekspertami od laserów, takimi jak Charles Caristan (obecnie pracownik techniczny w Air Liquide), opracowała kilka wstępnychkoncepcje.Krążek byłby podawany do prostownicy precyzyjnej, a następnie na stół do cięcia laserowego, po czym roboty lub inne urządzenia rozładowywałyby wycięte części i (w razie potrzeby) pozbywały się szkieletu.Od tego czasu rozwijająca się technologia,w tym laser światłowodowy o wysokiej jasności, sprawił, że koncepcja ta stała się rzeczywistością.

Dlaczego wygaszanie laserowe?

Dzisiejszy przemysł motoryzacyjny charakteryzuje się większą różnorodnością modeli niż kiedykolwiek, co oczywiście sprawiło, że zmiany matryc stały się celem poprawy.Jednominutowa wymiana matryc (SMED) to świetny pomysł, ale brak konieczności wymiany matrycy jest nawetlepszy.

Każda z trzech głowic laserowych systemu ma własny portal.

Wykrojnik jest najbardziej opłacalny, gdy wytwarza wykrojki z prostymi liniami i kątami.Laser woli pracować z wyprofilowanym półfabrykatem, w którym głowica tnąca nigdy nie musi całkowicie zwalniać, obracać i przyspieszać wokół ostregonarożnik — i tak się składa, że ​​wiele z tych konturowych kształtów ułatwia formowanie w prasie do tłoczenia, szczególnie w procesie rysowania.Niezależnie od kształtu półfabrykatu, wygaszanie laserowe umożliwia inżynierom dopracowanie go w celu lepszego formowania.

Samochody i ciężarówki przyszłości również będą musiały być lżejsze i bezpieczniejsze, stąd zapotrzebowanie na zaawansowaną stal o wysokiej wytrzymałości i inne materiały o pozornie stale rosnącym stosunku wytrzymałości do grubości.Te materiały nie są miłe dlawykrojniki.Z drugiej strony laser nie dba o wytrzymałość materiału na rozciąganie, a jedynie o grubość i zdolność klasy materiału do pochłaniania energii lasera.Wygaszanie laserowe nie eliminuje wszystkich obaw omateriały o wysokiej wytrzymałości — materiał podawany w zwoju nadal musi zostać wypoziomowany, zanim dotrze do głowic tnących laserem — ale usunięcie wykrojnika zmniejsza znaczną liczbę przeszkód technicznych.

Taniec o wysokiej choreografii

Andreas Heuer, kierownik ds. technologii formowania w Mercedes-Benz dla zakładów Gaggenau i Kuppenheim, zaczął początkowo przyglądać się temu procesowi z czysto pragmatycznych powodów: firma nie chciała zmieniać istniejącego zakładu, aby zrobić miejsce dlaogromne fundamenty maszyn, doły pętlowe i wysokie stanowisko dla suwnic wymaganych do wymiany wykrojników.

\\"Nie potrzebujemy dodatkowej przestrzeni do przechowywania matryc i nie potrzebujemy narzutu

technologia jest również dla nas bardzo korzystna, ponieważ mamy coraz więcej typów pojazdów.

„[Wykrawanie laserowe] uprościło również zmiany geometryczne podczas wprowadzania nowych zestawów matryc [do formowania]”, kontynuował Heuer, dodając, że pewne zmiany geometrii półfabrykatu pomogły w dalszych procesach rysowania.\\"W przypadku niektórych zestawów mystworzył sześć do ośmiu różnych [pustych] geometrii.Umożliwiło nam to szybkie wprowadzanie zmian bez zakłócania bieżącej produkcji.\\

Daimler wykorzystuje teraz wygaszanie laserowe do produkcji kilku elementów zewnętrznych ciała o krytycznym znaczeniu kosmetycznym.„W niektórych zastosowaniach zakład osiąga prędkość linii do 60 metrów na minutę” – powiedział Manuel Hunger z Niemiec, dyrektorsprzedaży w firmie Schuler, która zaprojektowała i zbudowała linie do wycinania laserowego Daimlera.„Na przykład linia produkowała ponad 40 okapów na minutę”.

„Wycinamy wykroje na wszystkie zewnętrzne części karoserii i większe elementy konstrukcyjne na główne nadwozie samochodów osobowych i ciężarowych Mercedes-Benz” – kontynuował Heuer.\\"Używamy typowych gatunków stosowanych przez innych producentów samochodów, takich jak stal ocynkowana i aluminium,od 0,65 do 1,5 mm grubości.\"

Patrzenie na linię wygaszania laserowego rośliny w akcji jest jak oglądanie wysoce choreograficznego tańca, w którym każdy element elektroniczny i mechaniczny odgrywa kluczową rolę.Cewka jest ładowana do systemu wydawania z dwiema cewkami, jak poprzedniocewka jest w toku.Jeśli nowy materiał tego wymaga, precyzyjne kasety z wałkami wyrównują się automatycznie w ciągu kilku minut.Kiedy konieczna jest wymiana zwoju, rozwijarka podnosi i prezentuje nowy zwój, który jest podawanyz luzem (bez wgłębienia pętli) przez niwelator i do systemu cięcia laserowego.

Obwiednia robocza do cięcia laserowego ma trzy głowice do cięcia laserowego, każda z oddzielnym źródłem zasilania lasera światłowodowego IPG o mocy 4 kW.Głowice poruszają się w kierunku X oraz Y (w poprzek paska).

Głód powiedział, że posiadanie trzech głowic do cięcia laserowego zapewnia dobrą równowagę.Mniejsza liczba głowic spowalnia prędkość wygaszania, podczas gdy większa liczba głowic prowadzi do nadmiernej liczby przebić, przyspieszeń i spowolnień, po prostu dlategokażda głowica laserowa przecinałaby tylko niewielką część przechodzącego pod nią gniazda.A jako część stale podawanego prześcieradła, gniazdo naprawdę „przechodzi pod” laserem.

Wycięte części są układane w stosy, transportowane z systemu i ustawiane na różnych etapach, gotowe do transportu w dół.

Podstawową technologią wygaszania laserowego nie jest samo cięcie laserowe, ale to, co dzieje się pod nacięciem.Taśma musi się poruszać, mieć pod spodem przestrzeń do odprowadzania stopionego materiału i być w pełni podparta-wszystko w tym samym czasie.

Aby tak się stało, systemy wygaszania laserowego inteligentnie wykorzystują przenośniki teleskopowe.W systemach wygaszania laserowego Daimlera dwa szerokie przenośniki — jeden przed aktywną głowicą laserową, a drugi z tyłu, umieszczone z zachowaniem stałej przerwy międzyje — poruszaj się do przodu i do tyłu w kierunku X (z przepływem materiału i przeciwnie), zsynchronizowane z akcją cięcia.Zapewnia to, że system zawsze utrzymuje stałą szczelinę pod cięciem, gdzie grawitacja i apróżnia odciąga stopiony materiał, cząstki stałe i opary z samego cięcia.Schuler nazywa ten zsynchronizowany system przenośnika i odciągu oparów „technologią DynamicFlow”.

Zagęszczanie i układanie

Po cięciu następuje zagęszczanie i układanie w stosy, dwa krytyczne elementy, bez których wycinanie laserowe nie miałoby większego sensu.Tak, niektóre systemy wygaszania laserowego stały się tak szybkie w niektórych zastosowaniach, że wyprzedzają niektórekonwencjonalne systemy wykrawania, ale fakt ten nie miałby większego znaczenia, gdyby wykroje musiały być sortowane ręcznie.

Jak wyjaśnił Hunger, wygaszanie laserowe ma kilka scenariuszy rozgniatania, w których dobre części są oddzielane od złomu.Pierwsza obejmuje prace polegające na wycinaniu gniazd, które nie pozostawiają żadnych resztek.Okapy wypalane laserowo Daimlera, cięte na wspólną liniępo drugiej są doskonałym przykładem.Półwyroby kapturów obejmują całą szerokość taśmy, wychodzą z komórki laserowej, przechodzą proces czyszczenia, a następnie są wysyłane oddzielnymi przenośnikami do wysokowydajnych układarek, które są podobne dote stosowane na tradycyjnych liniach zaślepiających.

„Robimy to [w Daimler], ponieważ układanie robotów nie jest wystarczająco szybkie dla aplikacji” – powiedział Hunger.

Inny scenariusz zagnieżdżania obejmuje gniazdo ze złomem, które odpada w tak zwanej operacji „grawitacji”, która ma miejsce poza obwiednią pracy lasera.Ta metoda działa tylko wtedy, gdy złom jest zorientowany i ukształtowany w taki sposóbże łatwo wypada z paska.

Od tego momentu układanie w stosy może odbywać się na dwa sposoby.Jeśli pozwala na to orientacja części, a odrzucanie grawitacyjne okaże się niezawodne, wycięte części mogą płynąć bezpośrednio do układarek, tak jak w przypadku braku złomu, podczas gdyzłom wpada do zsypu na złom i do kosza.Alternatywnie, szereg robotów może chwytać części ze szkieletu i transportować je przez zsyp złomu na przenośnik taśmowy prowadzący do układarki.

Czystość w Blanking

Daimler wycina elementy zewnętrzne o krytycznym znaczeniu kosmetycznym, stąd po cięciu laserowym konieczny jest proces czyszczenia wykrojek przy użyciu pędzla.„Zanieczyszczenie brudem i kurzem było dla nas głównym problemem”, powiedział Heuer, dodając, że nawet bezdodatkowy etap czyszczenia, proces pozostawił \\„tylko niewielki pył, który byłby nieistotny dla naszych kolejnych etapów procesu.

„Na dzień dzisiejszy możemy powiedzieć, że sprzęt, podobnie jak tradycyjne linie wykrojnikowe, wymaga częstego czyszczenia, aby zapewnić czystość blankietu. Obecnie wykonujemy standardowe czyszczenie co dwa tygodnie oraz co pół roku intensywne czyszczenie wszystkich przenośników”.

„Aby ograniczyć ręczne czyszczenie linii, każdy przenośnik taśmowy może być wyposażony w szczotkową jednostkę czyszczącą” – dodał Hunger.

Oczywiście ilości części muszą być odpowiednie.„System wygaszania laserowego nie jest idealny do obsługi [wielu] różnych kształtów jednocześnie” – powiedział Hunger, dodając, że wymaga również, aby części bez zakładek miały co najmniej 250 mm długości lub szerokości.

Z pewnością, prototypowe i o dużym zróżnicowaniu, niskonakładowe zakłady produkcyjne prawdopodobnie nie zobaczą zastosowania takiego sprzętu do wygaszania laserowego w dającej się przewidzieć przyszłości.Ale jeśli ilość części wzrośnie, historia może się zmienić.Jeśli mieszanka cięć producenta lub centrum serwisowegoprofile mogą być niezawodnie zagęszczane, układane w stosy i szybko wysyłane w dół, a wygaszanie laserowe staje się wówczas wyraźną możliwością.