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中国研成激光切割机 助军机用钛合金蒙皮

2014年09月08日 08:12中国机床商务网点击:5089

  【中国机床商务网 科技动态】2014年8月,在交付公司本级用户特种制造部后,历经为期两个月的调试与切割工艺探索,经历倍增效率、狠抠精度等重重考验后,由四院红阳公司精工打造的数控激光切割终于不辱使命,圆满解决某型号工件加工难题。以数控激光切割机床作为科技公司进军激光领域的第一块敲门砖,非一般的光热注定将开启该公司不一样的年华。


  
  资料图:此前曾有报道称成飞某款使用锯齿口盖的飞机使用钛合金蒙皮。钛合金蒙皮强度大耐高温,但因材料不易加工和公差难修补的原因未能广泛应用于战机制造,日前中国在该技术上取得突破,自动化激光切割机加工速度是人工生产的60倍,可大幅提高生产效率。
  
  准确定位高位起跳
  
  激光技术起源于20世纪60年代初期。由于激光精密成形不需要加工刀具,而且加工速度快、表面变形小、可加工材料种类多,已经在制造领域中越来越多地显示了它的优越性,尤其以激光焊接、切割加工应用最为广泛,并促成了激光精密成形设备生产企业的蓬勃发展。如此看来,跻身激光领域将是作为智能装备主打产品生产制造商的必经之路。但在国内激光精密成形设备市场中,金属加工(切割和焊接)占激光产业链份额70%多的背景下,挤入已经成熟的市场抢占一杯羹,到底可行吗,是否值得?看似虎口夺食的抉择中,科技公司自有思虑。

  
  资料图:高端大功率数控激光切割器方便加工硬度高构型复杂的钛合金零部件.
  
  尽管大型激光精密成形设备在中低端产品方面基本占领国内市场,但放眼高端市场,还有许多空间大有可为。国家发改委、科技部等在《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》中,将激光精密成形设备列入先进制造领域,进行产业化推广和优先发展。四院以收购武汉锐科光纤激光技术公司为标志,全面进入激光产业领域。初步构建了以光纤激光器、特种光纤为核心,以系列高端激光应用转杯为一体的激光产业链。公司“十二五”发展规划调整将工业智能装备作为民用产业发展主要方向,大力推进智能装备特别是自动化焊接装备的发展。从国家到行业到集团再到公司本级,由趋势到政策到规划,又层层显示向好利是。
  
  两相权衡后,一个决定掷地有声:必须得挤进去!但进到哪个层面、怎么进,却是个技术活。通过对市场的深入调研,公司把目光集中在切割功率2000w以上、切割厚度为6mm以内具备较强经济适用性的产品上,并借鉴中国一重从制造向制造和服务并重转变的成功经验,联手国内一流的激光元器件生产厂家、院内兄弟单位锐科公司,搭载世界一流的德国倍福控制系统,开始了以技术集成为主要特征的产品研发之路,同时将市场开发由销售成品向提供产品并附带生产指导与服务拓展,软硬结合,进一步拓展产业链。定位高端,使该公司直接规避了中低端市场的重复生产与密集竞争,而牵手一流,则让该公司顺利摆脱核心器件研发周期困扰,专注产品功能实现与性能集成,以较快速度起步,赢在起跑线。
  
  军民融合顺风起舞
  
  蓝图总是美好的,但实践的过程却少不了曲折和汗水。经过多年的发展,科技公司目前已具备各种焊接专机、弧焊机器人工作站、自动化焊接生产线等自动化焊接装备产品开发经验,具备一定的市场推广渠道和技术经验积累,具备机电产品开发和“光机电”系统集成能力;公司本级也在2012年成立湖北省重点实验室,建设完成6KW大功率激光焊接机器人工作站,并已经展开了系列激光焊接工艺技术的研究,这为科技公司研发激光自动化切割与焊接装备奠定了良好的工艺基础;尽管如此,在开始这个课题时,几乎全为激光门外汉的组合仍让团队在起步之初步履维艰。
  
  不会怎么办?别无他法。在学中干,干中练!项目带头人、机电专业副总师罗弘毅带领队员重新对数控激光切割机进行了全要素的分析和透视。通过类比移植的思维,将原本结构、功能繁复的产品简化为核心要素的组合,以丰富的设备制造经验为长板,通过一流元器件的精妙组合搭载新手段,实现产品功能的定制化和个性化。如是,各个队员的分工也豁然清晰。大家在普遍恶补激光知识的同时,根据专业特长、能力分工又针对本体选型、电气设计、结构设计、系统集成各个攻关,“让有专长的人干自己擅长的事”,六人抱团成为一个“会研发的乔布斯”。经营型号多年的团队领头人罗宏毅,在转战民品战线后,带去的不仅有丰富的机械装备制造经验,还有“白加黑”、“六加一”光荣的攻关传统。数不清的工艺试验、日以继夜的精调,中间还夹杂着汇林管道等新项目的介入,其它付出不说,单是1400盒泡面的供给就足以令人瞠目。
  
  三个月的不眠不休,产品终于初具雏形。该光纤激光切割机床由龙门式机床本体、光纤激光器、激光切割头、控制系统、气路系统、水冷与除尘系统等部分组成,充分利用了系统集成设计技术、光纤激光切割加工工艺技术、机械精密传动设计技术、高速伺服驱动技术、电气自动控制技术等关键技术,发挥“光机电”系统一体化的集成能力,可进行各类材料(金属、非金属)的复杂形面切割,为用户提供了一种高效、高质量、低成本的材料切割加工方式。与传统的CO2激光器、YAG激光器等作为激光源的激光加工设备相比,光纤激光切割机床具备运行成本低、光束质量好、加工效率高、传输方式便捷等多个突出优势。
  
  精益求精完美胜出
  
  随着型号生产研制的发展,不锈钢、钛合金结构的舱段及部件应用越来越多,此类零部件采用激光切割下料及激光焊接具有明显的工艺优越性,激光加工设备对于型号研制的重要性日益显现。7月,带着希望与期待,数控激光切割机顺利通过出厂评审,进入公司本级用户手中,开始了型号的攻坚首战。初次亮相,便以优越的性能声名大噪。原本手工半小时才能切完一个的工件,没想到借助激光切割机的力量,居然在半小时内切出了60个。效率倍增不说,而且送往焊接间时发现焊缝较手工切割的也更为理想。
  
  如果说初次试加工让开发人员体会到光荣与梦想,那么第二次的试加工则让他们感受到责任与压力。看似简单的类直角三角形零件,在输入各种数据和参数后,只能切出中规中矩的直角,与设计要求的89.7度始终隔着0.3度的坎。激光切割工艺参数的影响因素众多且规律复杂,需要在生产实践中长期摸索、积累。除了焦点位置、辅助气体压力、切割速度等可以量化的数据之外,还有很多只可意会、不可言传的诀窍,例如通过听切割声音,看切割火花,判断切割过程是否健康;观察拐角切割面形状判断焦点位置等。这些来自实际操作积累的工艺经验才是占领市场的核心竞争力。
  
  型号这块儿,没有可丁可卯的事,要的就是毫厘不爽。将产品的性能与用户的需求紧密对接,正是民品开发工作的价值所在。短暂的纠结后,围绕0.3度,跟产技术员和用户在38℃的高温进行了三天的测试。以3mm以下钛合金板,4mm以下不锈钢板,10mm以下碳钢板的切割为目标,采用正交实验法进行参数值匹配试验,在减少试验次数的前提下保证试验的准确性和可行性。只有首先在试验的技术上获得大量的切割工艺参数数据,并对这些有限的、离散的加工条件和工艺参数数据进行分析处理,建立激光切割工艺数据库,才能使有效范围内的任何加工都可以自动获得相应的切割工艺参数,为实现激光切割自动化打下基础,真正实现交钥匙工程。
  
  功夫不负有心人,军民两线的协力攻关终于找出了问题的根源所在,通过调整及进一步的摸索以及对尺寸的补偿,终于切得了满足焊接要求的钛合金蒙皮(钛合金蒙皮强度大耐高温,但因蒙皮加工精度和公差难修补的原因未能广泛应用于战机制造)。目前,光纤激光切割设备已应用到型号产品的精确切割中,完成了多个型号钛合金蒙皮的下料,切口质量精美,切割精度高。而型号的首战告捷,也标志着科技公司从制造商向全面系统解决方案提供商的成功转变。有了这起跑线上有力的一跳,在未来的激光探索之路上,他们有信心走得更远,走得更好。
(来源:网易航空)

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