Laser blanking bereikt de automotive OEM

Twee brede telescopische transportbanden bewegen in tandem onder de actieve lasersnijkoppen, waardoor er een consistente opening onder blijft om dampen en gesmolten materiaal te evacueren.

Op een dag, begin 1974, namen de toenmalige redacteuren van The FABRICATOR een manuscript door over een ultramoderne technologie die jaren in het laboratorium had doorgebracht, maar die toen net begon op te duiken op de fabricagevloer.naast eenkorrelige foto van een 500 watt CO2-laser gemonteerd op een autogeen snijmachine, het artikel vermeld: \"Nu, na al die jaren van belofte, zijn lasers een acceptabel metaalbewerkingsgereedschap geworden.\"

Dit bleek een understatement.Al die jaren later domineert de laser de precisie-plaatbewerking.Het is gedeeltelijk tot bloei gekomen vanwege zijn vermogen om elke vorm in elke richting te snijden.Lay-outs nesten op een flatbed-laserin een high-product-mix, low-volume jobshop lijken op kunstwerken.

Natuurlijk, naarmate het ordervolume groeit, is lasersnijden van oudsher economisch minder zinvol.Dit bleef het geval, zelfs toen de fiberlaser meer dan tien jaar geleden de markt stormenderhand veroverde.Een fantastisch snelle fiberlaser ziet er ongelooflijk uitproductief, maar de snijkop moet nog steeds het profiel van het onderdeel volgen.

Een stempelpers kan het profiel van een blanco in één keer snijden, vandaar de dominantie van de stempelpers bij het stansen van grote volumes, met name in de auto-industrie.Er is geen manier waarop een laser een traditionele onderdrukkingslijn kan overtreffen metmechanische stempelpersen - toch?

Niet noodzakelijk.Laser-onderdrukkingslijnen hebben hun weg gevonden naar een aantal early adopters over de hele wereld, waaronder SET Enterprises, een metaalservicecentrum in Michigan.In 2016 installeerde Daimler twee laseronderdrukkingslijnen bij de Mercedes-Benz-fabriek in Kuppenheim, Duitsland.Begin dit jaar is in een andere fabriek van Mercedes-Benz in Duitsland nog een laser-afdruklijn in productie genomen en een vierde lijn bevindt zich in de assemblagefase.

De nieuwste laser blanking lijnen vertonen de \\"toolless\\" flexibiliteit die de meeste metaalverwerkers met vlakbed snijlasers al jaren genieten.Maar sommige laseronderdrukkingslijnen komen ook overeen met, en overschrijden soms, de snelheid van veleop pers gebaseerde blankinglijnen die over de hele wereld zijn geïnstalleerd.Het is een prestatie die de redacteuren van The FABRICATOR in 1974 waarschijnlijk niet hadden kunnen bedenken.

wat geschiedenis

De term laser blanking is niet nieuw, maar het kan verwarring veroorzaken, vooral voor degenen buiten de toeleveringsketen van de auto-industrie.Het is op geen enkele manier gerelateerd aan \\"op maat gelaste blanks\\", soms ook wel \\"laser-gelaste blanks\\" genoemd, waarin verschillendegesneden profielen worden samengevoegd door laserlassen om een ​​enkele onbewerkte plaat te creëren met eigenschappen die zijn afgestemd op de toepassing.

Het concept achter laser blanking in de VS gaat terug tot de jaren negentig.Rond de millenniumwisseling stelde een multicompany-consortium genaamd Laser Blanking Central een vraag die, achteraf gezien, zijn tijd ver vooruit was: wat als eenstanspers kan worden vervangen door een lasersnijsysteem met spoelvoeding?

De groep, die bedrijven omvatte zoals DCT in Sterling Heights, Michigan, en Alabama Laser Systems in Munford, Ala., samen met laserexperts zoals Charles Caristan (nu technisch medewerker bij Air Liquide), ontwikkelde enkele initiëleconcepten.Een spoel zou in een precisienivelleerder worden gevoerd en vervolgens in een lasersnijbed, waarna robots of andere apparaten de gesneden delen zouden lossen en (indien nodig) het skelet zouden afvoeren.Sindsdien geavanceerde technologie,inclusief de zeer heldere fiberlaser, heeft dat concept werkelijkheid gemaakt.

Waarom laserblanken?

De auto-industrie van vandaag heeft meer modelvariatie dan ooit, wat natuurlijk van die veranderingen een doel voor verbetering heeft gemaakt.Single-minute exchange of dies (SMED) is een geweldig idee, maar het is zelfs nogbeter.

Elk van de drie laserkoppen van het systeem heeft zijn eigen portaal.

Een stansmatrijs is het meest kosteneffectief wanneer het blanks produceert met rechte lijnen en hoeken.Een laser werkt het liefst met een voorgevormde blank, waarbij de snijkop nooit helemaal hoeft te vertragen, draaien en versnellen rond een scherpehoek - en het toeval wil dat veel van die voorgevormde vormen de vormbaarheid in een stempelpers bevorderen, met name voor het tekenproces.Ongeacht de vorm van de blanco, stelt laser blanking ingenieurs in staat om het te tweaken voor een betere vorming.

De auto's en vrachtwagens van de toekomst zullen ook lichter en veiliger moeten zijn, vandaar de vraag naar geavanceerde hogesterktestalen en andere materialen met schijnbaar steeds grotere sterkte-dikteverhoudingen.Deze materialen zijn niet vriendelijk voorblanking sterft.De laser daarentegen geeft niet om de treksterkte van een materiaal, alleen om de dikte en het vermogen van het materiaal om de energie van de laser te absorberen.Laser blanking neemt niet alle zorgen weg over:materialen met een hoge sterkte - het materiaal met spoeltoevoer moet nog worden geëgaliseerd voordat het de lasersnijkoppen bereikt - maar het verwijderen van de stansmatrijs vermindert een behoorlijk aantal technische hindernissen.

Een zeer gechoreografeerde dans

Andreas Heuer, hoofd bekistingstechnologie bij Mercedes-Benz voor de fabrieken van Gaggenau en Kuppenheim, begon het proces in eerste instantie om puur pragmatische redenen te bekijken: het bedrijf wilde zijn bestaande fabriek niet veranderen om ruimte te maken voorenorme machinefunderingen, lusputten en een hoog rek voor de bovenloopkranen die nodig zijn om de stansmatrijzen te vervangen.

\\"We hebben geen extra ruimte nodig voor de opslag van matrijzen en we hebben geen overhead nodig

technologie is ook voor ons zeer gunstig, omdat we een toenemend aantal voertuigtypes hebben.

\\"[Laser blanking] heeft ook geometrische veranderingen vereenvoudigd tijdens de introductie van nieuwe matrijssets [voor het vormen],\" vervolgde Heuer, eraan toevoegend dat enkele veranderingen in de geometrie van de blanco stroomafwaartse tekenprocessen hebben geholpen.\\"Voor sommige sets hebben wecreëerde zes tot acht verschillende [blanco] geometrieën.Hierdoor konden we snel wijzigingen doorvoeren zonder de huidige productie te verstoren.\\"

Daimler gebruikt nu laserblanking om verschillende cosmetisch cruciale onderdelen van de carrosserie te produceren.\"De fabriek haalt in sommige toepassingen een lijnsnelheid tot 60 meter per minuut\", zegt de in Duitsland gevestigde Manuel Hunger, directeur vansales bij Schuler, die Daimler's laser blanking lijnen ontwierp en bouwde.\\"De lijn heeft bijvoorbeeld meer dan 40 afzuigkappen per minuut geproduceerd.\\"

\\"We snijden blanks voor alle buitenste carrosseriedelen en grotere structurele delen voor de hoofdcarrosserie voor Mercedes-Benz auto's en vrachtwagens,\" vervolgde Heuer.\\"We gebruiken de typische kwaliteiten die door andere autofabrikanten worden gebruikt, zoals gegalvaniseerd staal en aluminium,variërend van 0,65 tot 1,5 mm dik.\\"

Kijken naar de laser-onderdrukkingslijn van de fabriek in actie is als kijken naar een zeer gechoreografeerde dans, waarbij elk elektronisch en mechanisch onderdeel een cruciale rol speelt.Een spoel wordt net als de vorige op een dual-coil-uitbetalingssysteem geladenspoel is bezig.Als het nieuwe materiaal dit vereist, worden de precisie-rollerlevellercassettes binnen enkele minuten automatisch verwisseld.Wanneer een spoelwisseling moet plaatsvinden, pakt de afwikkelaar de nieuwe spoel op en presenteert deze, die wordt gevoedmet speling (geen looping pit) door de leveller en in het lasersnijsysteem.

De lasersnijwerk envelop heeft drie lasersnijkoppen, elk met een aparte 4 kW IPG fiberlaser stroombron.De koppen bewegen zowel in de X-richting als in Y (over de strip).

Hunger zei dat het hebben van drie lasersnijkoppen een goede balans is.Het hebben van minder koppen vertraagt ​​de blankingsnelheid, terwijl het hebben van meer koppen leidt tot een buitensporig aantal piercings, versnellingen en vertragingen, simpelweg omdatelke laserkop zou slechts een klein deel van het nest dat eronderdoor gaat snijden.En als onderdeel van een continu gevoed vel, gaat het nest echt \"onder\" de laser door.

Gesneden onderdelen worden gestapeld, uit het systeem getransporteerd en gefaseerd, klaar om stroomafwaarts te worden getransporteerd.

De kerntechnologie van laserblanken ligt niet bij het lasersnijden zelf, maar bij wat er onder de snede gebeurt.De strip moet in beweging blijven, eronder ruimte hebben voor het afvoeren van gesmolten materiaal en volledig ondersteund blijven-alles tegelijkertijd.

Om dit mogelijk te maken maken laser blanking systemen slim gebruik van telescopische transportbanden.In de laser blanking systemen van Daimler zijn twee brede transportbanden — één voor de actieve laserkop(pen) en één achter, gepositioneerd met een consistente opening tussenze - beweeg vooruit en achteruit in de X-richting (met en tegen de materiaalstroom), gesynchroniseerd met de snijactie.Dit zorgt ervoor dat het systeem altijd een consistente opening onder de snijactie handhaaft, waar zwaartekracht en avacuüm trek gesmolten materiaal, deeltjes en rook weg van de snede zelf.Schuler noemt dit gesynchroniseerde transportband en rookafzuigsysteem \"DynamicFlow Technology\".

Ontnesten en stapelen

Na het snijden komt het ontnesten en stapelen, twee cruciale elementen zonder welke laser blanking niet veel zin zou hebben.Ja, sommige laser blanking systemen zijn zo snel geworden in bepaalde toepassingen dat ze sommige voorbijstrevenconventionele blankingsystemen, maar dat zou niet veel uitmaken als de blanks handmatig gesorteerd moesten worden.

Zoals Hunger uitlegde, kent laser blanking verschillende ontnestingsscenario's, waarbij goede onderdelen worden gescheiden van schroot.De eerste betreft banen waarbij nesten worden gesneden die geen enkel afval achterlaten.Daimler's met laser geblancheerde kappen, common-line-cut onena de andere zijn een goed voorbeeld.De blanco's van de kap beslaan de volledige breedte van de strip, komen uit de lasercel, doorlopen een reinigingsproces en worden vervolgens naar afzonderlijke transportbanden gestuurd naar hoogwaardige stapelaars die vergelijkbaar zijn metdie worden gebruikt op traditionele onderdrukkingslijnen.

\\"We doen dit [bij Daimler] omdat robotstapelen niet snel genoeg is voor de toepassing,\" zei Hunger.

Een ander ontnestingsscenario betreft een nest met schroot dat wegvalt in een zogenaamde \\"gravity shedding\\" operatie, die buiten het laserwerkgebied plaatsvindt.Deze methode werkt alleen als het schroot zo is georiënteerd en gevormddat het gemakkelijk van de strip valt.

Vanaf hier kan stapelen op twee manieren plaatsvinden.Als de oriëntatie van het onderdeel dit toelaat, en het afstoten door zwaartekracht bewezen betrouwbaar is, kunnen gesneden onderdelen rechtstreeks naar de stapelaars stromen, net zoals ze zouden doen in een situatie zonder afval, terwijlhet schroot valt in een schrootkoker en in een bak.Als alternatief kan een reeks robots de onderdelen uit het skelet grijpen en ze over de schrootgoot transporteren op een transportband die naar de stapelaar leidt.

Netheid in Blanking

Daimler blanks cosmetisch kritische buitenste lichaamsdelen, vandaar de behoefte aan een borstelgebaseerd reinigingsproces voor blanks na het lasersnijden.\\"Vuil en stof vervuiling waren grote zorgen voor ons,\\" zei Heuer, eraan toevoegend dat zelfs zonder deextra reinigingsstap liet het proces slechts een klein beetje stof achter dat niet relevant zou zijn voor onze volgende processtappen.

\\"Vanaf vandaag kunnen we zeggen dat de apparatuur, net als traditionele stanslijnen, regelmatig moet worden schoongemaakt om de blanco reinheid te garanderen. We doen momenteel een tweewekelijkse standaardreiniging en een halfjaarlijks intensieve reiniging van alle transportbanden.\\"

\\"Om de handmatige reiniging van de lijn te verminderen, kan elke transportband worden uitgerust met een borstelreinigingseenheid,\" voegde Hunger toe.

Natuurlijk moeten deelvolumes voldoende zijn.\\"Het laser blanking systeem is niet ideaal voor het verwerken van [veel] verschillende vormen tegelijk,\" zei Hunger, eraan toevoegend dat ook onderdelen zonder tabs minimaal 250 mm lang of breed moeten zijn.

Zeker, prototype- en high-mix, low-volume fab-winkels zullen in de nabije toekomst waarschijnlijk geen gebruik maken van dergelijke laserblankingsapparatuur.Maar als het deelvolume groeit, kan het verhaal veranderen.Als de snijmix van een fabrikant of servicecentrumprofielen kunnen betrouwbaar worden ontnesten, gestapeld en snel stroomafwaarts worden verzonden, laser blanking wordt dan een duidelijke mogelijkheid.