激光切割技術在篩板加工中的應用研究

劉險峰　張志剛

摘? 要：文章通過加工篩板，對比多種加工方法，研究激光切割的優缺點，結果表明：激光切割技術在不銹鋼薄板加工中高效、優質，在現代機械加工領域中有不可替代的地位。

關鍵詞：激光切割;篩板;應用研究

中圖分類號：TG485? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）18-0119-02

Abstract： In this paper， through the processing of sieve plate， compared with a variety of processing methods， the advantages and disadvantages of laser cutting are studied. The results show that laser cutting has high efficiency and high quality in stainless steel sheet processing， and has an irreplaceable position in the field of modern machining.

Keywords： laser cutting; sieve plate; application and research

1 概述

振動篩是工業生產中的關鍵設備，加工出符合工藝要求的篩板，對于工礦企業經濟合理運行、優化生產成本、降低職工勞動強度具有深遠意義。SUS304不銹鋼[1-2]由于表面光澤度高，耐腐蝕性能好被廣泛應用在各個行業。特殊作業環境下，振動篩篩板必須使用SUS304不銹鋼薄板來加工制造。

2 篩板加工實驗

2.1 篩板設計

按照篩分工藝要求及現場振動篩的作業環境、安裝情況，設計出篩板。見圖1。

2.2 篩板加工

篩板加工的最終質量決定了振動篩能否達到篩分工藝要求，并影響振動篩的效率和整體精度。篩板加工的特點是板薄、孔多、易于變形，加工之后不能產生導磁性。傳統的切割工藝手段有火焰切割，等離子切割，水刀切割和線切割等，因篩板尺寸精度高，加工時只能采用數控機床。擬定的三種加工方式是：數控加工中心（或數控鉆床）、數控沖床、數控激光切割機。幾種工藝加工篩板的效果對比詳見表1。

在機械制造廠里，許多精密加工需要在數控加工中心加工，加工此篩板長時間占用數控加工中心得不償失;如果采用數控沖床加工孔板，沖孔之后需要送到鉆床進行擴孔，二次定位降低了孔板位置精度。現有條件下，選用激光切割是最佳選擇。但必須要解決小孔切割不圓和孔板變形量大的問題。

3 激光切割技術的選擇

3.1 二氧化碳激光切割技術

作為主流的、傳統的激光切割、焊接設備，都采用CO2激光器，可以穩定切割20mm以內的碳鋼，10mm以內的不銹鋼，8mm以下的鋁合金。早期在光纖激光器推出市場之前，為了實現三維加工，可采用光關節技術通過高度精密配合的動態的組合反射鏡系統將CO2激光導到三維曲面表面，實現CO2激光的三維加工，但價格昂貴，維護要求高，在光纖激光的市場份額逐漸擴大的同時已經逐漸失去其市場。根據國際安全標準，激光危害等級分4級，CO2激光屬于危害最小的一級。

3.2 光纖激光切割技術[7]

光纖激光可以通過光纖傳輸，柔性化程度空前提高，特別是針對汽車行業，由于基本上都是薄板曲面加工，光纖激光配合同樣柔性化的機器人系統，成本低，故障點少，維護方便，速度快，已經占領了大部分市場。因為波長的原因，其只能切金屬材料，對非金屬不容易被其吸收，從而影響其切割范圍。光纖激光的光電轉化率高達25%以上，而CO2激光的光電轉化率只有10%左右，在電費消耗、配套冷卻系統等方面光纖激光的優勢相當明顯。光纖激光由于波長短對人體眼睛的傷害大，屬于危害最大的一級，所以光纖激光加工時處于全封閉的環境。

3.3 加工篩板所采用的激光切割技術

考慮激光切割對孔板導磁性能的影響[8-9]，同時兼顧加工精度、加工成本、所處位置地理區域狀況等多方面因素，最終確定使用光纖激光切割機批量加工篩板。

4 存在的問題及解決方案

前期實驗中，激光切割加工篩板存在的主要問題是：（1）切割小孔時，呈橢圓形;（2）切割之后篩板變形量大，平面度不理想。

4.1 小孔切割圓度調整

與激光切割機制造廠家電話聯系后，廠家回復：切割速度、焦點位置的調整、輔助氣體壓力、激光輸出功率是影響激光切割質量的主要因素。從使用的光纖激光切割機的運行情況來看，問題在于透鏡焦長產生了飄移：激光束聚焦后光斑大小與透鏡焦長成正比，光束經短焦長透鏡聚焦后光斑尺寸很小，焦點處功率密度很高，對高速切割薄型材料很有利;隨著設備長期運行，透鏡聚焦發生改變，小孔徑切割成為橢圓。廠家技術人員到現場調整之后，孔板割孔不圓的問題得到了解決。

4.2 篩板變形量大問題的解決

4.2.1 原因分析

初次加工時整張不銹鋼鋼板放到工作平臺進行切割，優點是高效、省料。但鋼板切割時局部受熱，熱量很快傳遞到整張鋼板，在一處切割時整張不銹鋼板全面積受熱。由于各處受熱不均勻，產生的變形量也不相同，具體到單個篩板，加工完成之后總是產生較大的變形，變形量達到3毫米上。

4.2.2 采取的措施

（1）把激光加工后的篩板用100噸油壓機壓平，保持固定油壓，18小時后松開油壓機取出篩板，發現篩板又恢復為原來的變形狀態。

（2）為保證篩板的加工質量，決定分兩個步驟進行切割。首先把整張鋼板切割成為小塊，再把小塊鋼板用螺栓固定到模具上，進行激光切割。見圖2、圖3。如此加工之后的篩板變形量為1～2毫米，缺點是鋼板利用率降低，但成品變形程度大幅度降低。

（3）如果用機械加工的方法把篩板變形量控制在1毫米以內，預計加工成本將急劇上升。振動篩實際安裝篩板時，把安裝孔位置處的各螺栓擰緊，則篩板自動校平。

5 結束語

篩板加工僅靠單一機械加工方法，很難低成本達到所需要的結果。在采用光纖激光切割技術前提下，使用模板作為輔助方法，大幅度提高了篩板的平面度。在安裝篩板過程中緊固螺栓時，篩板自動調整平面度，達到了振動篩設備對篩板的平面度要求。

參考文獻：

[1]張波，朱益盈，吳軍，等.SUS304不銹鋼表面光澤度的影響因素分析及控制[J].寶鋼技術，2014（3）：69-73.

[2]劉林枝.SUS304不銹鋼ELID鏡面磨削正交化實驗研究[J].機械科學與技術，2013（4）：506-509.

[3]何國旺.薄板零件的工藝及正弦輪廓的編制[J].卷宗，2013（12）：240-241.

[4]葛文軍，習菲，俞芬.薄小零件加工及優化[J].機械與電子，2009（11）：65-67.

[5]王烈，羅玲慧，龍鳳英.數控沖床加工過程中工件變形的問題分析和研究[J].制造技術與機床，2012（4）：119-122.

[6]徐路寧，王霄，張永康.激光切割板材的工藝處理[J].應用激光，2002（6）：533-538.

[7]沈海平，陳欣，陳陽.光纖激光切割技術[J].電焊機，2013（7）：51-56.

[8]陳明，程旭東，毛方.熱處理對鋇鐵氧體空心微球的結構及靜磁性能的影響[J].過程工程學報，2008（10）：1018-1021.

[9]汪元亮，成剛，顧正飛，等.退火溫度對Fe-Cu顆粒膜巨磁阻以及磁性能的影響[J].電工材料，2006（4）：43-46.