CN111872547A - 用于分离切割出多个工件部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及借助加工射束将多个工件部件(11)从板状工件分离切割出的方法，所述方法具有以下步骤：将多个工件部件(11)分成至少两组(G1，G2，G3，G4)，逐组(G1，G2，G3，G4)将所述工件部件(11)从所述板状工件分离切割出，在所述分离切割之前将至少一个卸载切口(1f，1x)引入到所述板状工件(12)中，要么沿着这些组(G1，G2，G3，G4)中的一个组的至少两个相邻工件部件(11)的面向相邻组(G1，G2，G3，G4)的外轮廓(21)将一个或多个卸载切口(1f，1x)引入到所述板状工件(12)中，要么在至少两个相邻组(G1，G2，G3，G4)的工件部件(11)的面向彼此的外轮廓(21)之间将至少一个卸载切口引入到所述板状工件(12)中。

Description

用于分离切割出多个工件部件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于从板状工件分离切割出多个工件部件/工件部分的方法。本发明还涉及一种用于从板状工件分离切割出工件部件的方法。
背景技术
在借助热加工射束分离切割紧密套料的工件部件时，尤其是在激光切割时，可能会发生工件板、例如金属板材有部分过热。由激光射束引入到工件中的热量通过热传导分布到整个金属板材上，并且连续加热该金属板材。由此，会导致热感生应力并且导致金属板材和切割出的工件部件的变形。特别是在用氧气作为切割气体的燃烧切割中，过热的金属板材还可能导致所谓的自燃，在自燃的情况下，氧化反应过于强烈并且导致所产生的切割边沿的品质损失。
由US9434024B2或KR102012004793A已知，在待切割出的工件部件的轮廓的受热负荷特别大的部分引入局部的短卸载切口。切割出这些卸载切口是在加工真正的切割轮廓期间进行的。
由JPS62238088A已知，在钻孔时夹紧板状工件并且将短卸载缝引入到工件中，以便减小局部应力和变形。
发明内容
本发明的任务是，改善在从板状工件分离切割出紧密套料的多个工件部件时的切割品质和工艺可靠性。
该任务通过一种用于借助加工射束从板状工件分离切割出多个工件部件的方法来解决，在所述方法中，将所述多个工件部件分成至少两组工件部件，并且逐组地从板状工件分离切割出工件部件。在逐组地分离切割出工件部件之前，将至少一个卸载切口引入到板状工件中。在此，要么一个或多个卸载切口沿着这些组中的一个组的相邻的至少两个工件部件的面向相邻的组的外轮廓延伸。替代地，所述至少一个卸载切口在相邻的至少两个组的工件部件的面向彼此的外轮廓之间延伸。分离切割例如可以通过将激光射束或等离子射束作为加工射束来进行。
在根据本发明的切割方法中，将配属于一个对应的组的工件部件先后从(剩余)工件分离出，然后将配属于另一个组的工件部件从剩余工件分离出，也就是说，分离切割是逐组进行的。在分离切割出配属于这些组的工件部件之前，在相邻的至少两个组的工件部件之间或沿着一个对应的组的工件部件的面向相邻的组的外轮廓引入至少一个卸载切口。在后一种情况下，卸载切口沿着一个对应的组的工件部件的切割轮廓的一个区段延伸，即对工件部件的轮廓的切割已经以卸载切口开始。然而，将一个对应的组的工件部件从剩余工件部分分离出的分离切割在将一个或多个卸载切口引入到工件中之后才进行。在本申请的意义上，对应的工件部件的面向彼此的外轮廓应理解为工件部件的外轮廓的以下区段，这些工件部件沿着所述区段相对置。
通过一个或多个卸载切口，在切割一个对应的组的工件部件的(剩余的)外轮廓时，减少了到周围工件部分中的热传导。由卸载切口产生的切缝用于较差的热传递，因为由于卸载切口，热传递现在仅在空气中进行。以这种方式防止热感应应力从工件部件的一个组传播到工件部件的相邻的组。通过卸载切口，在切割构件时产生的后续热量可以被限于局部。产生的机械应力也保持被限于局部，或由于卸载切口的缝隙而被减小。由此可以避免或很大程度上减小金属板材和构件的热变形、应力以及自燃。尤其是在对工件厚度大于3mm的结构钢进行燃烧切割并且工件部件紧密套料的情况下，根据本发明的方法对可获得的部件品质产生有利影响。
尤其是当工件部件的相邻的两个组的距离小于12mm时，则是有利的是：在这两个组的面向彼此的外轮廓之间设置卸载切口，或者，沿着相邻的(两个)组的面向彼此的两个外轮廓或者这两个外轮廓中的一个外轮廓设置至少一个卸载切口。沿着同时也是工件部件的切割轮廓的外轮廓设置或者说引入卸载切口具有以下优点：通过卸载切口，不必将附加的切口引入到工件中。这提高了所述方法的效率。
在一个变型中，沿着相邻的两个组的工件部件的面向彼此的外轮廓分别引入卸载切口。在两侧引入卸载切口——这些卸载切口分别沿着相邻的(两个)组的工件部件的相对置的外轮廓延伸——是一个优选的变型，以减小热传导。
在所述方法的另一变型中，沿着同一组的相邻的至少两个工件部件的外轮廓将相互分离的至少两个卸载切口引入到工件中。在该变型中，卸载切口仅沿着工件部件的外轮廓延伸，而不在工件部件之间延伸，使得卸载切口与工件部件的外轮廓的轮廓切口或工件部件的外轮廓的一个区段重合并且在板状工件中不形成附加的切口。
在一个替代的变型中，所述至少一个卸载切口沿着一个组的工件部件的面向彼此的外轮廓延伸并且将这些外轮廓相互连接。这具有以下优点，卸载切口不必中断，而是可以继续延伸，由此可以避免像在引入多个卸载切口时需要的那样多次刺入到工件中。
本发明的另一方面涉及一种用于借助加工射束、尤其是借助激光射束从板状工件分离切割出工件部件的方法。在该方法中，首先切割该工件部件的外轮廓的区段，以便使该工件部件从板状工件中部分地分离。然后切割出该工件部件的至少一个内轮廓，并且接着沿着外轮廓的另外的区段将该工件部件从工件切分开。由此，在切割内轮廓时产生的热量保持被困在近似被切分开的工件部件中并且板状工件的周围剩余部分不会变形。
有利地，所述区段——工件部件沿该区段从工件中部分地分离——为外轮廓的总长度的至少60％、优选至少75％、尤其至少90％并且不大于外轮廓的总长度的95％。从板状工件切割出的该工件部件尤其可以是上述方法的多个工件部件中的一个工件部件。
附图说明
本发明的其他优点由说明书和附图得出。前面所提及的特征和还进一步详述的特征根据本发明也可以分别单独使用或以任意组合使用。所示出和说明的实施方式不应被理解为穷举，而是具有用于描述本发明的示例性特征。
图1示出用于实施根据本发明的方法的激光切割机；
图2示出具有分别在相邻的两个组之间延伸的卸载切口的四组工件部件的示例；
图3示出类似于图2的示例，其中，相互分离的多个卸载切口沿着工件部件的面向彼此的外轮廓延伸；
图4示出了类似于图3的示例，其中，卸载切口将相邻的多个工件部件的相对置的外轮廓连接，和
图5在借助激光射束分离切割的情况下示意性地示出具有内轮廓的一个工件部件。
具体实施方式
图1示出了用于激光切割板状工件12的激光切割机10，该板状工件布置在工件放置部13上。激光切割机10具有激光射束产生器14，该激光射束产生器在该实施例中构造为CO2激光器。在替代的实施方式中设置，激光射束产生器14构造为二极管激光器或固体激光器。从图1还能看到切割头15。在激光射束产生器14中产生激光射束16，所述激光射束借助偏转镜从激光射束产生器14被导向至切割头15。激光射束16借助布置在切割头15中的聚焦光具被聚焦到工件12上。在使用二极管激光器或固体激光器的替代情况下，激光射束经从激光射束产生器14由光纤被引导到切割头15。
此外，激光切割机10被供给切割气体17，切割气体在该实施例中为氧气和氮气。切割气体17受压力调节地到达切割头15的喷嘴(切割气体喷嘴)18中，切割气体与激光射束16一起从该喷嘴中射出。此外，激光切割机10包括光学元件，例如自适应光具19或变焦光具的多个透镜，利用它们可以改变或调整激光射束16的焦点位置和焦点直径。此外，激光切割机10具有机器控制装置20。机器控制装置20设置为不但使切割头15与切割气体喷嘴18一起相对于工件12移动而且操控光具19。在图1所示的示例中，机器控制装置20用于将工件部件11沿着外轮廓21通过切割加工从工件12分离出。尤其，机器控制装置20设置为在激光切割机10上实施在下面详细说明的方法。
在图2所示的示例中，应以6kW的激光功率从厚度为10mm的由结构钢制成的板状工件12裁切出尺寸为50mm×50mm的16个方形的工件部件11。在机器控制装置20中或替代地在于单独的计算机上运行的编程软件中，在创建用于激光切割机10的NC程序时，工件部件11中的每四个工件部件以10mm的桥接距离D在一起套料，也就是说，工件部件11按每四个工件部件21一组被划分或分组为四组G1，G2，G3，G4，这四组在图2中通过虚线示出。在每两个相邻组G1，G2，G3，G4之间的(桥接)距离D也为D＝10mm。
在切割各组G1，G2，G3，G4的工件部件11的外轮廓21之前，在相邻的(两个)组G1和G2的工件部件的面向彼此的外轮廓21之间以及在组G3和G4的工件部件11的面向彼此的外轮廓21之间设置连续的、笔直延伸的卸载切口1a，该卸载切口在图2中以点状线示出。在接下来的步骤中，在组G1和G4的面向彼此的外轮廓21之间以及在组G2和G3的面向彼此的外轮廓21之间设置笔直延伸的另一卸载切口1b，该卸载切口在图2中也以点状线示出。卸载切口1a，1b在对应的组G1，G2，G3，G4的各两个工件部件11的面向彼此的外轮廓21之间在桥接距离D内延伸。由此，部件组G1，G2，G3，G4针对在接下来的分离切割中产生的热量相对彼此隔绝。
在引入卸载切口1a，1b之后，十六个工件部件11逐组G1，G2，G3，G4从工件2上被分离出：首先将第一组G1的四个工件部件11先后从工件12分离出，然后将第二组G2的四个工件部件11先后从工件12分离出，并以此类推。通过引入卸载切口1a，1b，可以将在分离切割各组G1，G2，G3，G4的工件部件11时产生的热量基本上限制于对应的组G1，G2，G3，G4。在工件12中的由于热量而产生的应力也被限制在局部，或者说通过沿着卸载切口1a，1b的对应缝隙而减小。
在图3中，与在图2中一样地示出待切割出的工件部件11的四个组G1，G2，G3，G4，这些待切割出的工件部件由机器控制装置20或编程软件进行分组。在图3所示出的示例中，将多个卸载切口1c，1d，1e，1x引入到工件2中，这些卸载切口分别沿着工件部件11的外轮廓延伸并且这些卸载切口以点状线示出。在所示出的示例中，首先沿着第四组G4的第一工件部件11的以下外轮廓21设置卸载切口1c，所述外轮廓21面向相邻的第一组G1的一个工件部件11的外轮廓21。然后，沿着第四组G4的第二工件部件11的外轮廓21切割另一卸载切口1d。卸载切口1d具有两个区段，这两个区段中的第一区段面向相邻的第一组G1，而这两个区段中的第二区段面向相邻的第三组G3。然后沿着第四组G4的第三工件部件11的面向第三组G3的外轮廓21设置另一卸载切口1e。第四组G4的三个工件部件11上的三个卸载切口1c，1d，1e相对彼此间隔开，也就是说，它们不连续地延伸并且被限制在对应的外轮廓21上。以类似的方式，在第一至第三组G1，G2，G4的工件部件11上设置另外的卸载切口1x，然后逐组G1，G2，G3，G4分离切割各工件部件11的剩余外轮廓21，就像已经在前面结合图2详细说明的那样。
在图3所示的示例中，卸载切口1c，1d，1e，1x沿着对应工件部件11的外轮廓21延伸。这构成设置卸载切口1c，1d，1e，1x的特别经济的方式，因为通过巧妙地选择机械加工顺序，工件部件11的外轮廓21本身用作卸载切口1c，1d，1e，1x。
在图4中，如在图2和图3中那样，示出待切割的工件部件11的四个组G1，G2，G3，G4，这些待切割的工件部件由机器控制装置20分组或者在离线编程中借助编程软件被分组。如在图3中一样，在图4中，卸载切口1f，1x也被引入到工件2中，这些卸载切口分别沿着工件部件11的外轮廓21延伸并且以点状线示出。在图4中所示出的示例中，沿着第四组G4的三个工件部件11的外轮廓21设置连续的卸载切口1f，也就是说，与图3不同，卸载切口1f实施为跨轮廓的并且将第四组G4的三个工件部件11的外轮廓21相互连接，以便更有效地阻止热量流。以类似的方式，沿着第一至第三组G1，G2，G3的各三个工件部件11的外轮廓21引入另外的卸载切口1x，然后切割各组G1，G2，G3，G4的各工件部件11的剩余外轮廓21，以便使各工件部件11从工件12分离出。
前面所说明的、具有矩形或正方形外轮廓21的工件部件11的示例可以转用到具有任意轮廓的工件部件上。尤其也可以将非线性延伸的卸载切口引入到工件12上。
图5示出了一个工件部件11的分离切割，该工件部件具有内轮廓31，该内轮廓在示出的示例中形成为圆形孔。工件部件11例如可以是图2至图4所示出的多个工件部件11之一，或者是如图1所示出那样的相对较大的工件部件11。在分离切割工件部件11时，首先在工件部件11旁边刺入到工件2中，如图5中由星形表示的那样。之后切割工件部件11的外轮廓21的区段AB，该区段形成整个外轮廓21的大部分，并且该区段在图5中以虚线示出。在随后的步骤中，切割出三个内轮廓31，为此，分别在对应内轮廓的中心处刺入工件12中。在切割出内轮廓31之后，沿着以点状线示出的另一区段AC将工件部件11从工件12切分开，该另一区段衔接到已经切割的区段AB上。图5中由箭头简示在切割期间切割头15在工件2上的运动。
通过切割工件部件11的外轮廓21的总长度的大部分，在切割内轮廓31时产生的热量保持“困”在近似切分开的工件部件11中并且工件12的周围部分不变形。在此，在图5中以虚线示出的、首先被切割的区段AB优选占据外轮廓21的总长度的至少60％、优选至少75％并且特别优选至少90％。然而，区段AB不应超过外轮廓21的总长度的95％，从而在切割内轮廓31时工件部件11仍可靠且无倾斜地与工件12保持连接。与图5中所示出的不同，外轮廓21的区段AB能够在两个或更多个部分区段中被切割，例如当如在图3中或在图4中那样，将沿着工件部件11的外轮廓21延伸的多个卸载切口1c，1d，1e，1f，1x引入到工件2中时就是如此。
附图标记列表
1a，1b，1c，1d，1e，1f，1x 卸载切口
10 激光切割机
11 工件部件
12 板状工件
13 工件放置部
14 激光射束产生器
15 切割头
16 加工射束
17 切割气体
18 切割气体喷嘴
19 自适应光具
20 机器控制装置
21 外轮廓
31 内轮廓
D 距离
AB，AC 外轮廓的区段
G1，G2，G3，G4 组

Claims (7)

1.一种用于借助加工射束(16)由板状工件(12)分离切割出多个工件部件(11)的方法，所述方法具有以下步骤：
将所述多个工件部件(11)分成至少两个组(G1，G2，G3，G4)，
逐组(G1，G2，G3，G4)地由所述板状工件(12)分离切割出所述工件部件(11)，其中，在所述分离切割之前将至少一个卸载切口(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1x)引入到所述板状工件(12)中，其中，
要么
沿着所述至少两个组(G1，G2，G3，G4)中的一个组的相邻的至少两个工件部件(11)的面向相邻的组(G1，G2，G3，G4)的外轮廓(21)将一个或多个卸载切口(1c，1d，1e，1f，1x)引入到所述板状工件(12)中，
要么
在相邻的至少两个组(G1，G2，G3，G4)的工件部件(11)的面向彼此的外轮廓(21)之间将至少一个卸载切口(1a，1b，1x)引入到所述板状工件(12)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相邻的两个组(G1，G2，G3，G4)的工件部件(11)的面向彼此的外轮廓(21)具有小于12mm的距离(D)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，沿着相邻的两个组(G1，G2，G3，G4)的工件部件(11)的面向彼此的外轮廓(21)分别引入至少一个卸载切口(1c，1d，1e，1f，1x)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，沿着同一个组(G4)的相邻的至少两个工件部件(11)的外轮廓(21)将分开的至少两个卸载切口(1c，1d，1e，1x)引入到所述工件(12)中。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个卸载切口(1f，1x)将所述相邻的至少两个工件部件(11)的外轮廓(21)相互连接。
6.一种用于借助加工射束(16)从板状工件(12)分离切割出工件部件(11)的方法，所述工件部件尤其是根据前述权利要求中任一项所述的方法的所述多个工件部件(11)中的一个工件部件(11)，所述方法具有以下步骤：
切割所述工件部件(11)的外轮廓(21)的区段(AB)，以将所述工件部件(11)从所述板状工件(12)部分地分离，
切割所述工件部件(11)的至少一个内轮廓(31)，以及
沿着所述外轮廓(21)的另外的区段(AC)从所述工件(12)切分出所述工件部件(11)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述工件部件(11)沿着所述区段(AB)从所述工件(12)部分地分离，该区段(AB)为所述外轮廓(21)的总长度的至少60％、优选至少75％、尤其至少90％且不超过所述外轮廓(21)的总长度的95％。
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