CN107735207A - 用于生产金属板料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产具有预定轮廓的金属板料(12)的方法，所述方法具有以下步骤：在传送方向x上连续移动金属带材(2)；同时通过作为第一去除装置的组件的第一激光器(6)的烧蚀，将至少一个预定的表面部分(7，16)上的材料自金属带材(2)的顶部(O)的表面去除，然后同时通过至少一个第二激光器(10)沿与所述金属板料(12)的轮廓相对应的切割路径(11)切割所述金属带材(2)，所述第二激光器(10)是设置在所述第一去除装置下游的切割装置的组件；上游金属板料的表面部分的产生与下游金属板料的切割同时进行。

Description

用于生产金属板料的方法和设备
本发明涉及一种用于生产金属板料的方法和设备。
现有技术例如在WO2009/105608A1中公开了一种激光切割设备，该激光切割设备将从卷轴或卷料展开的金属带材在传送方向上传送，同时从金属带材切割出预定轮廓的金属板料。
现在，表面覆有例如铝-硅保护层的金属材料主要用于在汽车工业领域生产金属板料。这样的铝-硅保护层能够保护钢表面在热加工过程中不结垢并不受腐蚀。
如果金属板料在其切割的边缘区域与另一金属板料焊接，则保护层的材料进入焊缝区域。不希望的杂质相在焊缝中形成，削弱了焊接连接。
为了避免这一点，DE102013215346A1公开了通过激光沿与稍后形成的焊缝对应的路径去除铝-硅保护层。
现有技术还公开了，在通过激光切割产生金属板料之后，通过激光或擦刷，沿着切割边缘去除预定边缘部分中的保护层。然而，这既费时又昂贵。尽管去除了保护层，但在稍后产生的焊缝区域中确实出现了不希望出现的薄弱点。
本发明的目的是消除现有技术的缺陷。具体而言，该目的在于提出一种生产金属板料的方法和装置，可高效地在该金属板料的切割边缘区域产生具有较少缺陷的焊缝。本发明的另一个目的是提出一种方法，该方法可以快速高效地生产金属板料，该金属板料的顶部的预定表面部分中的材料已被去除。
这通过权利要求1和权利要求8的特征来实现。本发明的有利实施例从权利要求2至7以及权利要求9至17的特征得出。
本发明的第一方面是一种推荐的生产具有预定轮廓的金属板料的方法，该方法包括以下步骤：
在传送方向x上连续移动金属带材；
同时通过使用作为第一去除装置的组件的第一激光器烧蚀，将至少一个预定的表面部分上的材料自金属带材的顶部的表面去除，然后
同时通过至少一个第二激光器沿与金属板料的轮廓相对应的切割路径切割金属带材，第二激光器是设置在第一去除装置下游的切割装置的组件；
上游金属板料的表面部分的产生与下游金属板料的切割同时进行。
与现有技术不同的是，根据本发明，材料(例如铝-硅保护层)，先从金属带材的表面去除，之后，根据金属板料的预定轮廓对金属带材进行切割。已经表明，根据本发明的方法生产的金属板料可与其它金属板料焊接，而不会在焊缝中形成削弱焊缝的不希望的杂质相。
本发明的方法涉及通过烧蚀有利地去除金属带材的预定表面部分。该去除与金属带材的连续移动同时完成。同时，生产金属板料的金属带材在下游同时被切割。第一激光器和第二激光器有利地彼此独立移动。特别地，第一激光器和第二激光器彼此不机械耦合。第一激光器和第二激光器可同时被沿着不同的路径引导。
术语“表面去除”应理解为是指将表面部分中的材料从表面去除不超过0.2mm的深度，优选不超过0.16mm。金属带材的厚度大体上大于从表面去除的层的厚度。表面去除不会在金属带材上形成任何开口、狭缝或任何类似物。“表面去除”还可从金属带材表面去除氧化层、油层、漆层、杂质或类似物。
根据本发明的一个实施例，步骤a)包括去除设置在顶部上的至少一个第一层。步骤a)也可能涉及去除介于第一层和金属材料之间的第二层。第一层和第二层(如果有第二层)的成分不同于它们所涂覆的金属材料的成分。第一层可以是，例如铝-硅保护层或锌保护层。第二层可以是布置在金属材料和铝-硅保护层之间的由FeAl3、Fe2Al3构成的中间层。第一层可具有0.01mm至0.1mm的厚度，第二层可具有0.005mm至0.05mm的厚度。
如果步骤a)中的去除是通过利用第一激光器的烧蚀实现的，则这样是有利的。第一激光器可以是产生例如10至1000个脉冲/mm的脉冲激光器。第一激光器的功率的范围为100W到2000W，优选850W到1600W。第一激光器可以是气体激光器如CO2激光器，或固态激光器如光纤激光器、二极管激光器、盘状激光器或棒状激光器。
另外，步骤a)中的去除也可能是机械的。要实现这一点，可使用旋转刷或类似物。
根据本发明，步骤b)中的金属带材的切割通过至少一个第二激光器进行。第二激光器可以是适用于切割金属材料的传统激光器。为了切割金属带材，第二激光器最好根据预定的切割路径移动。
根据本发明，金属带材在传送方向x上连续移动，并且同时进行表面部分的去除和沿着切割路径的切割生产，即，可设置激光烧蚀站，例如设置在激光切割站上游的常规激光切割装置中。在激光烧蚀站中，沿着所述金属带材顶部的表面部分去除材料。然后，表面部分进入布置在下游的切割设备或激光切割站的区域。然后在那里切割金属带材。上游金属板料的表面部分的生产和下游金属板料的切割同时方便地完成。
根据本发明的有利实施例，表面部分包括第一路径，第一路径的路线与金属板料的轮廓的至少一部分对应，并且金属带材被切割，使得切割路径将第一路径沿着第一路径的第一长度延伸的方向分开。这样可将金属板料与其它金属板料沿它们的切割边缘焊接在一起。
根据本发明的另一有利实施例，切割路径在位于第一路径的边缘之间的大约中间区域延伸。在这种情况下，切割路径与两个边缘中的每一个都具有最大距离。这样可安全并可靠地避免不希望出现的位于金属带材表面的杂质相，特别是保护层的组成部分，进入切割的边缘区域的情况发生。
第一路径的第一宽度B1大于切割路径的第二宽度B2，该第一宽度B1垂直于第一路径的第一长度延伸方向延伸，该第二宽度垂直于切割路径的第二长度延伸方向延伸。有利地，第一宽度B1和第二宽度B2之间的比值满足以下关系：
B1/B2＝A，其中A是范围从2到100的值。
第一宽度B1通常为0.5mm～4.0mm。第二宽度B2通常为0.05mm～0.7mm。
通常，金属带材不仅在其顶部涂覆有保护层，而且在与其顶部相对的底面上也涂覆有这样的保护层。在步骤a)中，可沿着第二路径方便地去除金属带材的底面上的材料，当从上方观察第一路径时，第二路径与第一路径大体上重叠。也可用先前提到的用于产生第一路径的有利实施方式来以类似方式产生第二路径。
根据一个实施例，切割路径也可围绕至少一个表面部分。在这种情况下，表面部分最好是圆形的。有利于在多个连续的预定表面部分中，去除金属带材的表面上的材料。在这种情况下，可将另一块金属放置在金属板料上，使其覆盖金属板料的表面部分。然后可使用点焊方法将所述另一块金属焊接到金属板料上。
本发明的第二方面提出了一种制造金属板料的装置，包括：
用于在传送方向x上传送金属带材的传送装置；
第一去除装置，该第一去除装置用于通过第一激光器同时对金属带材的顶部上的至少一个预定的表面部分中的材料进行表面去除；
布置在传送方向x的下游的至少一个切割装置，该切割装置用于通过第二激光器沿着与金属板料的轮廓对应的切割路径同时切割金属带材；和
控制器，该控制器用于控制第一激光器和第二激光器的移动，使得上游金属板料的表面部分的产生与下游另一金属板料的切割同时进行。
本发明的装置能够形成表面被沿表面部分去除的金属板料。在前面提到的表面部分中，金属板料可通过焊接与另一金属板料连接起来，所产生的焊缝中基本上没有弱化焊缝的杂质相。该设备能够快速有效地生产欲被焊接在一起的金属板料。
有利地，控制器是控制第一去除装置和切割装置的计算机。第一去除装置具有作为其去除工具的第一激光器。切割装置具有作为其切割工具的第二激光器。这些激光器的运动由设置在第一去除装置和切割装置中的驱动器来控制，从而将片状金属带材的预定的表面部分中的材料同时去除，并且同时沿着下游金属板料的轮廓对金属带材进行切割。第一激光器和第二激光器的移动路径可不同。特别地，还可提供多个第二激光器来切割金属板料，以缩短切割工序的持续时间，从而使其适应烧蚀工序的持续时间。
根据一有利的实施例，传送装置包括辊式矫直机。该传送装置还可包括运输辊。传送装置方便地在传送方向x上连续传送金属带材。金属带材可同时被拉直。
根据本发明的另一实施实施例，第一去除装置包括第一移动装置，第一移动装置根据预定的第一路径在传送方向x和垂直于该方向延伸的y方向上移动第一去除工具。该移动装置可以是常规的移动装置，例如，利用该移动装置，激光切割头与金属带材同时运动以形成预定轮廓。例如在US 2010/0181165A1中公开了适合的移动装置。工具被放置在臂或桥梁上，以便工具可在y方向上移动，而该臂或桥梁又可在x方向上移动。这些运动通常由伺服电机来完成，伺服电机由基于计算机的控制器控制。但是，也可使用机械手等类似物作为移动装置。关于这一点，参考例如US2010/0122970A1的公开内容。
根据一实施例，表面部分是与金属板料的轮廓的至少一部分相对应的第一路径，并且切割路径将第一路径沿着第一路径的第一长度延伸方向分开。这使得可快速有效地去除在金属板料的切割边缘的一个区域中的材料。与现有技术不同，不再需要以合适的方式定位已经切割的金属板料，来清洁其切割边缘和在切割边缘区域的顶部和底面进行表面去除。所提出的装置能够快速且有效地形成金属板料。
根据本发明的另一实施例，提供第二去除装置，第二去除装置沿着形成第二路径的另一个表面部分，对金属带材的与顶部相对的底面上的材料进行表面去除，当从上方观察所述第一路径时，第二路径与第一路径大体上重叠。类似于第一去除装置，第二去除装置能从金属带材的底面进行材料去除。有利地，第二去除装置包括第二移动装置，第二移动装置根据预定的第二路径在x方向和y方向上移动第二去除工具。第一去除装置和第二去除装置可通过控制技术和/或机械地相互耦合，特别是用来产生重叠的路径。
第一去除工具和/或第二去除工具适宜地是第一激光器或磨削工具。第一激光器可以是，例如在DE 10 2013 215 346 A1中所公开的脉冲激光器。材料的去除可通过压缩空气或惰性气体来支持，照射在相对激光束成锐角的金属带材的表面上的激光束的激光点处的压缩空气或惰性气体各自具有至少3巴(bar)的压力。
切割装置包括至少一个第二激光器，第二激光器可根据预定的切割路径在x方向和y方向上移动。第二激光器可以是适用于切割金属材料的传统激光器。切割装置也可能是机械切割装置，例如同步剪切机或类似物。
本发明的装置还包括用于控制第一去除工具和切割工具的运动的控制。控制器还可另外控制第二去除工具的运动。例如，控制器是存储第一路径和切割路径的坐标的计算机。该坐标对应于金属板料的预定轮廓。如果金属带材连续移动，则根据金属带材的进给行程，通过控制器自动重新计算或修正切割工具和去除工具的移动路径。为了确保这种修正或重新计算是格外准确的，可提供一测量装置来测量金属带材在x方向的行程。也可提供一种装置，将测量装置测得的行程测量结果传送给控制器。有利地，控制器同时控制切割工具和去除工具的所有运动，从而能够特别精确地跟随金属板料的预定轮廓并且将切割路径特别精确地定位在相应路径内。
下面使用附图详细说明本发明的示例性实施例。附图如下：
图1是本发明装置的示意性俯视图；
图2是沿图1中A-A'线的金属带材的剖面图；
图3是第一金属板料的俯视图；以及
图4是第二金属板料的俯视图。
图1示出了根据本发明的装置的示意性俯视图。附图标记1指的是可绕Z轴旋转的片状金属卷轴或卷料。从卷轴1展开的金属带材2在传送方向即x方向上延伸。在卷轴1的下游设有辊式矫直机3，金属带材2通过该辊式矫直机3变得平正，并且优选地沿x方向连续传送。辊式矫直机3的下游设置有第一去除装置4，第一去除装置4由虚线标出。第一去除装置4包括跨越金属带材2并在垂直于x方向的y方向上延伸的第一桥梁5。第一桥梁5可在x方向上来回移动，即也在与传送方向x相反的方向上移动。第一桥梁5具有放置在其上的第一去除工具6，例如第一激光器。第一去除工具可在金属带材2的整个宽度上沿y方向来回移动。附图标记7表示第一路径，其通过第一去除工具6在金属带材2的顶部O上的表面去除产生。
第一去除装置4的下游设置有第一切割装置8，该第一切割装置8也由虚线标出。切割装置8包括在y方向上跨越金属带材2的第二桥梁9。第二桥梁9可在x方向上来回移动，即也在与传送方向x的相反的方向上移动。第二机械桥梁9具有放置在其上的切割工具10，例如第二激光器。切割工具10可在y方向上来回移动。附图标记11表示已经由切割装置10产生的切割路径。附图标记12表示已经从金属带材2完全切割下来的第一金属板料。第一金属板料12的轮廓由切割路径11限定。第一路径7沿着切割路径11的一部分延伸。
代替之前提到的包括桥梁和可在桥梁上前后移动的托架的龙门架装置，当然也可以是，例如，通过机械手或其它合适的装置，沿着预定的运动路径移动去除工具和/或切割工具。也可例如基于极坐标系来控制工具的运动。
图2示出了沿着图1中的线A-A'的剖面图。第一路径7具有第一宽度B1，第一宽度B1大于切割路径11或切割的第二宽度B2。金属带材2由钢材12a构成，在钢材12a的顶部O和相对的底面U上均涂覆有保护层13，例如铝-硅保护层。与第一路径7相对的，设置有重叠布置的第二路径14。保护层13沿着第一路径7和第二路径14被去除。
图3示出了第一金属板料12的俯视图。这再一次清楚的表明，第一路径7与第一金属板料12的部分轮廓接界，第一金属板料的轮廓由切割路径11限定。
图4示出了第二金属板料15的俯视图。在由切割路径11限定的轮廓内，第二金属板料15具有多个表面部分16，金属带材2的保护层13已从表面部分16的顶部去除。表面部分16具有短跑道(a short path)形状、圆形或椭圆形的形状。表面部分16用于产生与另一金属部分17焊接的点，以与第二金属板料15连接，另一金属部分17在此用虚线标出。在第二金属板料15中，表面部分16不与由切割路径11产生的环绕第二金属板料15的切割边缘接合。
该装置的操作如下：
从卷轴1展开的金属带材2通过辊式矫直机3矫直，并同时在传送方向x上连续传送。在第一去除装置4中，第一去除工具6例如适合的第一激光器，同时沿着待形成的第一金属板料12的预定轮廓移动。第一桥梁5和第一去除工具6的相应运动通过控制器S来控制。与第一去除装置4相对，可提供第二去除工具(此处未示出)。使用第二去除工具，在金属带材2的与顶部O相对的底面U上去除出第二路径14。不是所有的应用都需要第二去除装置。
在至少产生第一路径7之后，金属带材2被给送到布置在下游的切割装置8。切割装置8产生与待形成的金属板料12的预定轮廓相对应的切割路径11。切割路径11沿着第一路径7的长度延伸方向分开第一路径7。因此，在切割路径11产生之前，在切割边缘的区域保护层13已被去除。随后通过切割装置10产生切割路径11不会将任何杂质带入切割边缘的区域。
根据该装置的另一个功能，可利用第一去除工具6，从金属带材2的顶部O去除具有短跑道形状、圆形或椭圆形状的表面部分16。之后，布置在下游的切割装置8还可引导切割路径11，以使得切割路径11不切割表面部分16，即切割路径16围绕表面部分16。
尽管在附图中未示出，但是根据本发明的方法，明显地且可能形成金属板料，该金属板料具有至少部分位于切割路径11的区域内的第一路径7和位于切割路径11外但位于上述轮廓之内的表面部分16。另外，还可以在这种金属板料的切割边缘的区域中设置第二路径14，该第二路径14与第一路径7相对。
类似于如何控制第一去除工具6的移动，通过控制器来控制切割装置10的移动。为了实现这一点，可设置测量装置(在此未详细示出)，例如抵靠金属带材的拖曳轮。由此产生的移动测量结果可被发送到控制器，从而能够以合适的方式控制第一去除工具6和切割装置10的移动。
本发明的装置和本发明的方法，能够快速有效地生产其上的至少顶部的至少部分上的材料被去除的金属板料。该材料尤其可以是保护层，例如铝-硅保护层或锌保护层。这种金属板料可在本发明形成的表面区域的区域中通过焊接而与另一金属板料连接。所产生的焊接连接的特征在于特别小的缺陷。可最大程度地避免焊缝内出现不希望的杂质相。
附图标记列表
1 卷轴
2 金属带材
3 辊式矫直机
4 第一去除装置
5 第一机械桥梁
6 第一去除工具
7 第一路径
8 切割装置
9 第二机械桥梁
10 切割工具
11 切割路径
12 第一金属板料
12a 钢材
13 保护层
14 第二路径
15 第二金属板料
16 表面部分
17 金属部分
B1 第一宽度
B2 第二宽度
O 顶部
S 控制器
U 底面
x 传送方向
Z 轴

Claims (17)

1.一种生产具有预定轮廓的金属板料(12)的方法，所述方法具有以下步骤：
在传送方向x上连续移动金属带材(2)；
同时通过作为第一去除装置的组件的第一激光器(6)的烧蚀，将至少一个预定的表面部分(7，16)上的材料自金属带材(2)的顶部(O)的表面去除，然后
同时通过至少一个第二激光器(10)沿与所述金属板料(12)的轮廓相对应的切割路径(11)切割所述金属带材(2)，所述第二激光器(10)是设置在所述第一去除装置下游的切割装置的组件；
上游金属板料的表面部分的产生与下游金属板料的切割同时进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤a)包括去除设置在所述顶部(O)上的至少一个第一层(13)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤a)包括去除位于所述第一层(13)和金属材料(12a)之间的第二层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述表面部分(7，16)包括第一路径(7)，所述第一路径(7)的路线与所述金属板料(12)的轮廓的至少一部分对应，并且所述金属带材(2)被切割，使得所述切割路径(11)将所述第一路径(7)沿着所述第一路径(7)的第一长度延伸的方向分开。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述切割路径围绕所述至少一个表面部分(7，16)。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述第一路径(7)的垂直于长度延伸方向延伸的第一宽度B1，与所述切割路径(11)的垂直于所述切割路径的第二长度延伸方向延伸的第二宽度B2之间的比值满足以下关系：
B1/B2＝A，其中A是从2到100的范围内的值。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，步骤a)包括沿着形成有第二路径(14)的另一表面部分(7，16)去除所述金属带材(2)的底面(U)上的材料，当从上方观察所述第一路径(7)时，所述第二路径(14)与所述第一路径(7)大体上重叠。
8.一种用于生产金属板料(12)的装置，包括：
传送装置(3)，所述传送装置(3)用于在传送方向x上传送金属带材(2)；
第一去除装置(4)，所述第一去除装置(4)用于通过第一激光器(6)同时对金属带材(2)的顶部(O)上的至少一个预定的表面部分(7，16)中的材料进行表面去除；
至少一个切割装置(8)，布置在传送方向x的下游，所述切割装置(8)用于通过第二激光器沿着与所述金属板料(12)的轮廓对应的切割路径(11)同时切割所述金属带材(2)；和
控制器，所述控制器用于控制所述第一激光器(6)和所述第二激光器(10)的移动，使得上游金属板料的所述表面部分的产生与下游另一金属板料的切割同时进行。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述传送装置(3)是辊式矫直机。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述第一去除装置(4)包括第一移动装置(5)，所述第一移动装置(5)根据所述预定的表面部分(7，16)在传送方向x和垂直于所述传送方向x延伸的y方向上移动第一去除工具(6)。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置，其中，所述表面部分(7，16)是与所述金属板料(12)的轮廓的至少一部分相对应的第一路径(7)，并且所述切割路径(11)将所述第一路径(7)沿着第一路径的第一长度延伸方向分开。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的装置，其中，提供第二去除装置，所述第二去除装置沿着形成第二路径(14)的另一表面部分(7，16)，对所述金属带材(2)的与所述顶部(O)相对的底面(U)上的材料进行表面去除，当从上方观察所述第一路径(7)时，所述第二路径(14)与所述第一路径(7)大体上重叠。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述第二去除装置包括第二移动装置，所述第二移动装置根据所述预定的第二路径(14)在x方向和y方向上移动第二去除工具。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的装置，其中，所述第二去除工具是第一激光器或磨削工具。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的装置，其中，所述切割装置(8)包括至少一个切割工具(10)，所述切割工具(10)可根据所述预定的切割路径(11)在x方向和y方向上移动。
16.根据权利要求8至15中任一项所述的装置，其中，所述第二去除工具的移动还由所述控制器控制。
17.根据权利要求8至16中任一项所述的装置，其中，提供有测量装置，所述测量装置用于测量所述金属带材(2)在x方向上的行程，并且提供一种将由所述测量装置测量的行程测量结果向所述控制器发送的装置。
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