技術トピック: 板金をレーザー切断する際のバリ取りを回避する

Jun 15, 2023

サンサン / iStock / Getty Images Plus

精密金属製造は、レーザー切断におけるインチ/分 (IPM) の基準をはるかに超えています。 確かに、最新のシステムの一部が信じられないほど早く厚い板を切断する方法についての話題が渦巻いています。 前回の FABTECH の参加者の中には、20 kW ファイバー レーザー マシンの緑がかった窓から覗いて、マシンの横にあるテレビ画面で観察したものが本物であることを確認する人もいました。 実際のところ、話の焦点は速度ではなく、エッジがどれだけきれいであるかということのほうにありました。

バリ取りは依然としてブランキングと曲げの生産性のアキレス腱です。 ファブリケーターは、切断後の部品の自動スタッキングや、プレス ブレーキ、フォルダー、またはパネル ベンダーによる自動曲げなど、自動化に深く取り組む可能性があります。 これらすべての作業の合間に、バリ取りが必要なブランクを手動で選別して供給する作業が行われます。 一部のファブショップでは、切断面の品質や作業要件に応じて、どのブランクのバリ取りが必要か、どのブランクのバリ取りが不要かを選別するためにレーザーオペレーターに依存しています。

ロボット供給バリ取り機が市場に登場しつつあるため、自動化されたオプションも利用できるようになってきています。 そうは言っても、最善の解決策は、最初からバリのないエッジを実現することです。

今日のファイバー レーザー ビームは、より優れた切断エッジを実現するために、さまざまな出力密度プロファイルと発振パターンを提供します。 新しいアシストガス混合物もエッジの改善に役立ちます。 ただし、この新しいテクノロジーを使用すると、バリのない切断エッジを実現するものを正確に理解するのに役立ちます。 バリ、またはドロスは、切り口からの溶融金属が排出される前に固化するときに発生します。

それは結局のところ、アシストガス、ビーム（焦点を含む）、および材料がどのように相互作用するかを知ることになります。 材料の厚さが高すぎる焦点スポットでは、とがったドロスが残ります。 再び、金属は溶けて排出しようとしますが、アシストガスが金属を底部から洗い流す前に、底部近くで「凍結」します。 素材内の焦点スポットが低すぎる。 厚みがあると、切断速度が低下し、ビード状のドロスが発生する可能性があります。 切り溝の中に低く埋め込まれている焦点は多くの物質を溶かし、再びアシストガスが切り込みの底で「凍結」する前に時間内に排出するのに苦労します。

フォーカススポットは方程式の一部にすぎません。 残りの部分はアシストガスです。 店内での窒素生成と超高レーザー出力の出現により、これまで以上に多くの店舗が、酸素切断で残った酸化物を処理するのではなく、切断のために窒素アシストガスに依存しています。 現在、窒素と少量の酸素などのアシストガス混合物を使用する製品もあれば、超乾燥した工場空気 (やはり、酸素を含む窒素) を使用する製品もあります。 特定のアシストガスを使用すると特定の結果が得られますが、アイデアは、溶融金属が排出される時間を確保するために切断内の温度を上げ、その結果、きれいな切断エッジ、または少なくともバリ取りを必要としないほど十分にきれいな切断エッジが得られることです。 このような混合物により、アルミニウムのようなドロスが発生しやすい材料であっても、いわゆる繊維バリが除去されると報告する人もいます。

これらすべてが切断速度と相互作用します。 たとえば、ガス混合物は温度をある程度まで上昇させる可能性がありますが、切断速度を遅くすると温度も上昇し、場合によっては極端な温度まで上昇します。 移動速度を遅らせすぎると、レーザーが金属をアブレーションまたは蒸発させ始め、その結果、アシストガスの流れのダイナミクスが乱され、再びドロスが発生します。 この場合、切断速度をわずかに上げると熱とその結果生じるアブレーションが軽減され、アシストガスが意図どおりに切り溝を通って流れることが可能になります。

ノズルの設計も、システム全体のガス流の一貫性や、もちろん一般的なシステムのメンテナンスと同様に重要な役割を果たします。 レーザー出力が高い昨今では、スラットを定期的にクリーニングすることがこれまで以上に重要になっています。 高出力のファイバーレーザーは、切断された部分がべたべたしたスラットに溶接されるまで非常に速く切断できますが、これは自動設定ではさらに問題となる難題です。

もちろん、平らな部分のバリ取り機が dodo のように進むことはありません。 一部の部品には特定の木目仕上げが必要です。 一部の部品では、特にパンチングやパンチ/レーザー複合機などの「シート移動」ブランキング用途では、切断の安定性を確保するためにマイクロタブが必要です。 用途によっては、レーザーでは製造できない丸みを帯びたエッジが必要な場合もあります。 また、一部の部品の形状は、レーザーで完璧に切断するのが非常に困難です。

いずれにしても、レーザー切断の予測可能性が高ければ高いほど、より良いものになります。 非常に速く切断できるのは素晴らしいことですが、1 分あたりのインチ数は効率性のパズルの一部にすぎません。 バリのない切断は別の作業です。 さらにもう 1 つは、切断後に反ったりひどく歪んだりしない高品質のレーザー平坦な材料の切断であり、さらに別の二次プロセスである部品のレベリングが必要です。

金属製造部門におけるブランキング作業はすべてトレードオフによって決まります。 場合によっては、バリ取りや部品のレベリングが避けられないことがあります。 とはいえ、切削加工を総合的に検討する作業は引き続き増えています。 彼らは1分間に何インチ切るかなど気にしていません。 彼らは、どれだけの部品をきれいに切断し、積み重ねて、曲げ加工や次の下流工程に運ぶことができるかについて心配しています。 この意味で、ブランキングは、曲げ、溶接、コーティングなどの次の主要なプロセスで切断された部品を取り込んで実行できるまで、実際には「完了」とは言えません。

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出典: エア・リキード