使用一臺(tái)新的加工設(shè)備是否能夠改變一家已經(jīng)擁有50年歷史的公司的產(chǎn)品及組件的方法呢？如果這臺(tái)設(shè)備能夠縮短90%以上的加工時(shí)間，對(duì)氮?dú)獾氖褂弥幌喈?dāng)于原來(lái)的一小部分成本的空氣輔助氣體進(jìn)行切割的光纖激光系統(tǒng)呢？那么答案將是顯而易見(jiàn)的。“新的光纖激光切割機(jī)改變了游戲的規(guī)則，”道爾設(shè)備制造公司Doyle Equipment Manufacturing（Doyle; Quincy, IL）的生產(chǎn)經(jīng)理Stuart Rumple先生說(shuō)。“這是我們公司的一個(gè)技術(shù)飛躍，并且是我們?yōu)榱颂岣呱a(chǎn)效率而做出的重大技術(shù)革新。它改變了我們對(duì)于產(chǎn)品制造的思維方式。”
道爾公司（Doyle）使用辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）制造的CL-940光纖激光切割機(jī)替換了他們?cè)械膬膳_(tái)舊的1500W和3000W CO2激光切割機(jī)，這一改變馬上就將生產(chǎn)的干散貨物料處理設(shè)備組件的處理加工時(shí)間從64小時(shí)縮短到4小時(shí)。這種光纖激光切割機(jī)不僅降低了運(yùn)營(yíng)的成本，同時(shí)還幫助該公司在保持使用現(xiàn)有制造技術(shù)的基礎(chǔ)上提高了生產(chǎn)效率。“我們從使用空氣輔助光纖激光切割機(jī)中得到的結(jié)果使得我們公司對(duì)于使用新的創(chuàng)意、設(shè)備和技術(shù)的態(tài)度更加開(kāi)放。”Rumple先生說(shuō)。“現(xiàn)在，我們把關(guān)注的重點(diǎn)放在了如何才能選擇合適的材料以及合適的設(shè)備來(lái)得到最有效的結(jié)果。”（見(jiàn)圖1）
道爾公司（Doyle）的工廠(chǎng)位于密蘇里州的巴爾米拉（Palmyra），這個(gè)是第四代家族企業(yè)了，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的用于干肥料混合、輸送、維護(hù)和處理的設(shè)備。該公司由梅爾 • 道爾先生（Merle Doyle）創(chuàng)立，他是一位肥料處理設(shè)備行業(yè)創(chuàng)新的領(lǐng)袖人物，并且自1961年引入第一臺(tái)旋轉(zhuǎn)式攪拌機(jī)開(kāi)始，道爾公司（Doyle）已經(jīng)成為了生產(chǎn)干肥料批量混合機(jī)的主要制造商。
現(xiàn)在，道爾公司（Doyle）的150多名員工正努力為干化肥行業(yè)全球的客戶(hù)制造干散貨物處理設(shè)備，并且它的垂直綜合產(chǎn)品線(xiàn)還包括輸送、混合、維護(hù)和處理設(shè)備。該公司能夠生產(chǎn)超過(guò)11,000種組件，每年的產(chǎn)量達(dá)到10,000件。超過(guò)90%該公司生產(chǎn)的組件——主要是不銹鋼——都是通過(guò)激光加工進(jìn)行制造的，因此高效的激光切割是降低成本效益的一個(gè)關(guān)鍵因素。
更高的產(chǎn)量
用激光來(lái)對(duì)不銹鋼進(jìn)行切割，大多采用高壓氮?dú)馀c激光束同軸注入的方法以吹走熔融的金屬而使得切割表面不會(huì)形成任何的氧化物。這是一個(gè)很好的方法，但是與傳統(tǒng)的氧氣切割相比成本更高。能夠替代純氮的一個(gè)方法是使用過(guò)濾后的車(chē)間壓縮空氣，它由78%的氮?dú)饨M成。在激光切割中使用過(guò)濾后的壓縮空氣比使用氧氣或氮?dú)獾乃俣雀?mdash;—一般為300ipm到320ipm，并且盡管需要對(duì)一些設(shè)備、過(guò)濾、壓縮空氣進(jìn)行一定的初始投資，但是其長(zhǎng)期的成本相對(duì)于“傳統(tǒng)”的輔助氣體成本來(lái)講還是較低的。激光能源現(xiàn)在正處于一個(gè)焦點(diǎn)的位置，并且使用壓縮空氣能夠在金屬的表面產(chǎn)生等離子體球，其效果類(lèi)似于使用電力的數(shù)控等離子切割機(jī)所產(chǎn)生的切割效果。等離子體傳輸熱量的效果比光線(xiàn)更有效。
壓縮空氣輔助切割同時(shí)也能達(dá)到與使用氧或氮?dú)膺M(jìn)行組件切割相同的邊緣質(zhì)量。切割的邊緣需要足夠地清潔才能使得大多數(shù)的粉末涂料能附著上去，不需要再進(jìn)行二次清洗。在第一次選擇使用壓縮空氣進(jìn)行輔助激光切割時(shí)，諧振器的大小是一個(gè)重大的限制。然而現(xiàn)在高瓦數(shù)激光切割機(jī)——一般為4000W以上——使得空氣輔助成為了切割鋼材、不銹鋼和厚度高達(dá)1/8英寸鋁材的有效方法。具有6000W諧振腔的激光切割機(jī)甚至可以切割厚度最高達(dá)到3/8英寸的材料。
Rumple先生和道爾公司（Doyle）的團(tuán)隊(duì)意識(shí)到將空氣輔助切割應(yīng)用在光纖激光器上的可能性，并且將其直接應(yīng)用在了辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）的測(cè)試實(shí)驗(yàn)上。“我們認(rèn)為這是可行的，但不知道應(yīng)該使用哪種材料以及材料所能達(dá)到的厚度。” Rumple先生說(shuō)。“我們還認(rèn)為低壓的車(chē)間壓縮空氣將會(huì)是一個(gè)限制的因素，因此我們決定使用正常的空氣進(jìn)行切割測(cè)試，看看是否能夠奏效。”為了使用現(xiàn)有的100 psi的車(chē)間空氣，該公司通過(guò)在高壓接收器、過(guò)濾器和冷凍干燥機(jī)上添加一個(gè)高壓增壓機(jī)（最大能達(dá)到450 psi）以及過(guò)濾器，最終得到350 psi符合清潔標(biāo)準(zhǔn)的干燥空氣用于激光切割（見(jiàn)圖2）。
“我們花了五個(gè)小時(shí)來(lái)測(cè)試所有的組件和材料，并且對(duì)結(jié)果非常滿(mǎn)意，” Rumple先生說(shuō)。“我們所擔(dān)心的問(wèn)題是組件切割后的焊接質(zhì)量。我們需要一個(gè)干凈、清潔的邊緣來(lái)進(jìn)行焊接,并且這些處理在使用空氣輔助的光纖激光切割機(jī)上達(dá)到了完美的效果。”道爾公司（Doyle）現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始使用高壓空氣輔助的方法切割他們四分之一英寸厚的304不銹鋼來(lái)制造18級(jí)規(guī)格的產(chǎn)品，以及使用規(guī)格為10的低碳鋼來(lái)制造14級(jí)規(guī)格的產(chǎn)品。只有在切割1/4英寸厚的低碳鋼時(shí)，光纖激光切割機(jī)還是會(huì)使用少量的氧氣來(lái)進(jìn)行操作。“我們95%的光纖激光切割都是使用車(chē)間空氣來(lái)對(duì)不銹鋼進(jìn)行切割”，他補(bǔ)充道。
除了能夠獲得更高的產(chǎn)量，新的光纖激光切割系統(tǒng)也由于空氣相比于氮?dú)獬杀靖停材芄?jié)省很大一部分的成本。Rumple先生說(shuō)，氮?dú)庀到y(tǒng)需要大功率的50HP壓縮機(jī)來(lái)生成必要的壓力，用了空氣輔助后，現(xiàn)在只需要使用15HP的壓縮機(jī)就能達(dá)到同樣的效果（圖3）。“我們現(xiàn)在運(yùn)行光纖激光切割機(jī)的成本每小時(shí)還不到4美元，使用空氣作為輔助氣體相比氮?dú)饧s便宜了90%，”Rumple先生說(shuō)，“并且辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）在激光鏡頭的上方和下方添加了一個(gè)蓋子，延長(zhǎng)了鏡頭的使用壽命。鏡頭的更換成本通常是光纖激光設(shè)備中的第二大成本，現(xiàn)在這也不再是一個(gè)問(wèn)題了。”
始于一臺(tái)折彎?rùn)C(jī)
光纖激光系統(tǒng)并非道爾公司（Doyle）與辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）共同研發(fā)的第一臺(tái)設(shè)備。該公司與辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）的“伙伴關(guān)系”始于90年代后期，從他們購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)能將半英寸厚的低碳不銹鋼彎曲成型的230噸折彎?rùn)C(jī)開(kāi)始。從那時(shí)起，道爾公司（Doyle）在他們位于昆西（Quincy）的工廠(chǎng)分別添置了一臺(tái)辛辛那提生產(chǎn)的135噸和90噸的折彎?rùn)C(jī)，并也在巴爾米拉（Palmyra）的工廠(chǎng)也添置了一臺(tái)135噸的折彎?rùn)C(jī)。2011年末，這家工廠(chǎng)還引入了一臺(tái)5000W的辛辛那提CO2激光切割機(jī)以此來(lái)提高吞吐量和縮短交貨期。
“該工廠(chǎng)通過(guò)切割一英寸厚的低碳鋼以及四分之一英寸厚的304不銹鋼來(lái)制造我們所有14級(jí)規(guī)格的產(chǎn)品，” Rumple先生說(shuō)。“我們和辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）合作得很愉快，并且是合作伙伴關(guān)系。
我們提出了很多希望能在他們?cè)O(shè)備上能夠?qū)崿F(xiàn)的要求，他們會(huì)進(jìn)行反饋，并會(huì)去實(shí)現(xiàn)它。操作人員通過(guò)簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)，便能掌握如何操作這些折彎?rùn)C(jī)。使用CO2激光器具有很大的靈活性，因?yàn)樗部梢郧懈钅静暮虯BS材料。（見(jiàn)圖4）
道爾公司（Doyle）也使用辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）的軟件模塊來(lái)提高激光和折彎?rùn)C(jī)的性能。“我們希望能夠在設(shè)備上進(jìn)行組件的簡(jiǎn)單切割，這些軟件能夠幫助我們做到這一點(diǎn)，”Rumple先生說(shuō)：“我們通常在研發(fā)組件/產(chǎn)品時(shí)使用彎曲模擬器，它能讓操作過(guò)程變得簡(jiǎn)便。”
使用空氣輔助激光切割機(jī)的成功促使道爾公司（Doyle）又訂購(gòu)了第二臺(tái)光纖激光切割系統(tǒng)，并于2015年7月交付使用。這臺(tái)設(shè)備安裝在該公司位于巴爾米拉（Palmyra）新的195,000平方英尺的工廠(chǎng)中。
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