不锈钢板材切割件加工保护膜对激光切割效率的影响

　　不锈钢板材切割件加工保护膜对激光切割效率的影响

　　今天兴化市新翔达楼梯厂来说说不锈钢板材切割件加工保护膜对激光切割效率的影响;

　　激光切割作为激光在工业生产中的典型应用，特别对利用不锈钢薄板作为主构件的制造业来说，是提高传统加工业生产能力的有效手段。激光切割不锈钢板占广日电梯钣金加工的30%，考虑到不锈钢保护膜与板材一次性切割存在的质量问题，目前广日电梯不锈钢板材采用两次切割的加工模式：激膜→激板，这种模式虽然解决了质量问题，但耗时长、生产效率低。因此，本文的研究目的是在不影响生产质量的前提下把不锈钢板材的激光加工模式优化为保护膜与板材一次性切割，提高生产效率，降低生产成本。

　　现状

　　不锈钢板材为了避免在加工搬运过程中出现零件磕碰及垫伤造成零件报废，都有保护膜粘贴在表面。以图1电梯的召唤箱面板为例，对目前激光加工模式的生产效率进行统计，见表1。

　　由表1可知，切割膜的时间平均占总切割加工时间的37.1%，因此我们提出把保护膜与钢板一次性切割来缩短加工时间来提高生产效率。

　　现在一次性切割存在的问题

　　广日电梯目前使用的不锈钢保护膜为PE黑白橡胶膜，在保证不锈钢保护膜不变的情况下，沿用激光机的常用加工参数对保护膜和板材进行一次性切割，切割后的质量情况如图2所示。

　　由图2可以看出，对目前广日电梯常用的不锈钢进行一次性切割，无法实现一次切割到位，明显存在以下四个不足：①切口处发黑;②穿刺不平整;③挂渣;④粗糙度大。从上述存在的问题我们猜测，导致一次性切割不良的主要原因是使用的PE黑白橡胶膜并不适用于激光切割。

　　为了验证结论，保持设备的切割参数不变，我们对撕掉保护膜的不锈钢板进行多次切割验证，同样的切割参数，撕掉保护膜再切割和先割膜再切割钢板得到的切割效果是一致的，因此目前使用的PE黑白橡胶膜不适用于激光切割。在反复进行加工试验的前提下，我们也对当前市场上的不锈钢保护膜进行了大量的调研，了解到我们当前使用的PE黑白橡胶膜不是激光专用膜，粘贴的胶水和保护膜的材质会分散激光束能量，导致穿刺不良，引发一系列的质量问题，所以必须增加割膜工序，以牺牲生产效率来保证加工质量。

　　所以我们的解决方案为：改用新型的不锈钢激光专用保护膜，再针对激光专用保护膜的特性调试激光设备参数、完善加工工艺。

　　影响不锈钢板一次性切割的因素

　　PE黑白橡胶膜非激光专用膜

　　广日电梯当前使用的PE黑白橡胶膜是用于临时表面保护的自贴膜，主要用途是在搬运、储运、成形、组装操作中保护表面，防止被保护表面出现脏物堆积、擦痕和工具划伤。但PE黑白橡胶膜非激光专用膜，无法满足我们对激光加工不锈钢的高质量和高效率的需求，下面对PE黑白橡胶膜和激光专用膜在性能方面进行对比，结果见表2。

　　PE黑白橡胶膜采用橡胶型的粘胶剂，而橡胶对激光的吸收率可达90%以上，在激光经聚焦后照射到橡胶表面，瞬间使橡胶烧蚀发黑，同时分散激光束能量，降低了激光束的功率密度，无法使工件稳定达到熔点和沸点，导致激光脉冲无法瞬时熔化或气化被加工材料，引发激光切割不良。

　　表2 PE黑白橡胶膜和激光专用膜的性能对比

　　由表2可得，激光专用保护膜采用独特的材料，非常适用于CO2和光纤激光切割，并能取代其他种类的保护膜，在折弯、冲压、成形等机械加工过程中不受损;不需要进行预切割，大大提高切割效率，解决了上述二次切割引发的生产效率低的问题;在整个切割过程中，不起泡、切口光滑平整不发黑等优点则很好的改善了广日电梯现用PE黑白橡胶膜一次性切割存在的质量问题。能轻松撕膜无胶质残留、抵抗紫外线照射、无切割速度限制、对激光喷嘴的污染极低等优点也大大优化了加工生产过程。

　　激光机的切割参数

　　根据上述的切口处发黑、穿刺不平整、挂渣、粗糙度大，以及保护膜起泡这五个不足，结合激光专用保护膜厂家提供的建议，我们主要对穿孔时间、切割速度、辅助气压等可控因素进行了研究。

　　⑴穿孔时间。广日电梯激光设备采用的穿孔方法是脉冲穿孔，通过采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或气化，2mm不锈钢薄板的穿孔时间仅需10～30ms，穿出的孔径小且开孔边缘无附着物是检验激光切割质量的依据。穿孔时间主要影响钢板切口是否有毛刺、保护膜切口是否平整，而广日电梯光纤激光切割机的穿孔时间最合适的值为10ms。

　　表3 不同激光切入点所对应的切割效果

　　⑵切割速度。切割速度主要影响毛刺和切割效率，当速度过慢时，激光束作用时间太长，工件的上切缝和下切缝相差就会很大，切割口的毛刺多，生产效率也将大大降低;当速度过快时，被切割的工件材料就会由于切割热量输入的不足出现切不透的情况。综合考虑毛刺和切割效率这几个因素，广日电梯光纤激光切割机的切割速度最终调试值为15000mm/min。

　　⑶辅助气压。当辅助气压过高时，材料表面会出现涡流，削弱去除熔融物的能力，切割面粗糙，同时也会引起保护膜起泡;当气压过低时，不能完全吹走熔融物，材料下表面就会黏附粘渣。根据这个规则，广日电梯光纤激光切割机的气压最终调试值为1.1MPa。

　　工艺参数

　　切入点：在本研究过程中，我们发现切入点主要影响保护膜是否起泡的问题。要解决因切入点选择不当引起的保护膜起泡的问题，需对二维切割CAD/CAM一体化系统进行以下设置：对内切割轮廓，选择最长的线段或圆弧的中心作为切入点，并在此处加一个与该线段或圆弧相内切的引线作为辅助进、出刀路径;对外切割轮廓，选择尖角顶点作为切入点，并在外延长该角的两边作为辅助进出路径，如果没有尖角则选择最长的圆弧中点作为切入点。这样才能尽可能减少激光切割过程中停切和起切次数，最大限度保证激光的连续切割，避免出现涡流现象，提高切割边缘质量和加工效率。以相同的排版方式和切入方式(垂直进刀)切割内轮廓，其中两种不同切入点分别对应的切割效果，见表3。

　　切割路径：切割路径对本研究的切割质量影响不大。

　　保护膜的粘贴工艺：保护膜必须使用贴膜机贴在洁净、干燥的表面。贴膜时，保护膜与被保护表面之间不能有起泡，并且保护膜不能被过度拉伸(贴膜后，保护膜的延伸率应小于1%);其次，保护膜贴完48h后再激光切割的效果最好。

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