CN117680846B - 一种激光切割封口一体设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及激光切割的技术领域，尤其是涉及一种激光切割封口一体设备，其包括机台；夹持组件，用于夹持管材；旋转机构，所述夹持组件设置于所述旋转机构；激光组件，至少用于对管材进行切割处理，位于所述夹持件的一侧，该侧为加工侧；旋压组件，位于所述夹持组件的加工侧，包括压头和平移机构，所述平移机构驱动所述压头靠近管材。本申请采用区别于传统工艺的方式对管材进行切割和封口两道工序，尽量避免上述封口工艺导致的工序增加问题所造成工件的整体生产时间和成本增加的情况，以及克服该工艺中容易发生盖板的外沿与管材外壁存在高度差，焊缝位置出现偏差，影响工件质量的情况。

Description

一种激光切割封口一体设备

技术领域

本申请涉及激光切割的技术领域，尤其是涉及一种激光切割封口一体设备。

背景技术

金属管材是生产制造的常用原材，在各行各行业中得到广泛的应用。具体到自行车、保温杯等行业的生产制造过程中，管材到成品一般需要经历切割和封口这两道工序，其中封口这道工序采用的是将底盖焊接到管材上的方法。

然而上述的封口方式一方面增加了前置和后置的工序，增加工件的整体生产时间和成本，一是盖板是通过原材切割和转角弧边冲压两道工序生产得到；二是盖板与管材焊接而产生焊缝凸起，对于平整度要求高的工件，增加了打磨的工序，以消除表面的焊缝凸起；另一方面，盖板和管材焊接要求两者的对接精度较高，生产过程中容易发生盖板的外沿与管材外壁存在高度差，焊缝位置出现偏差，导致影响工件质量。

发明内容

为了尽量避免上述封口工艺导致的工序增加问题所造成工件的整体生产时间和成本增加的情况，以及克服该工艺中容易发生盖板的外沿与管材外壁存在高度差，焊缝位置出现偏差，影响工件质量的情况，对本申请提供一种激光切割封口一体设备。

本申请提供的一种激光切割封口一体设备，采用如下的技术方案：

一种激光切割封口一体设备，包括：

机台；

夹持组件，安装于所述机台，用于夹持管材；

旋转机构，安装于所述机台，所述夹持组件设置于所述旋转机构；

激光组件，安装于所述机台，至少用于对管材进行切割处理，位于所述夹持件的一侧，该侧为加工侧；

旋压组件，安装于所述机台，位于所述夹持组件的加工侧，包括压头和平移机构，所述平移机构驱动所述压头靠近管材。

通过采取上述的技术方案，采用区别于传统工艺的方式对管材进行切割和封口两道工序，尽量避免上述封口工艺导致的工序增加问题所造成工件的整体生产时间和成本增加的情况，以及克服该工艺中容易容易发生盖板的外沿与管材外壁存在高度差，焊缝位置出现偏差，影响工件质量的情况。具体地说，夹持组件将管材夹持，旋转机构带动夹持机构和管材进行以管材为轴的转动，旋压组件的压头在平移机构的作用下，从管材的一侧向管材轴线的方向做进给运动，期间压头抵合管材表面，使管材的端部产生连续的局部塑性变形，在端部形成端盖，完成封口工序，然后激光组件向管材表面射出激光束，激光的热效应使管材表面被照射的位置升温，管材材料熔融气化，并且随着管材在旋转机构作用下转动，管材表面形成的切割线闭合成环，工件从管材原材上脱落，完成切割工序。

优选的，所述压头呈圆柱状且转动设置于所述平移机构，所述压头远离所述平移机构的端部呈倒角设置。

通过采取上述的技术方案，压头在做进给运动的过程中与管材相抵，变摩擦接触为滚动接触，减少压头的进给阻力且尽量避免摩擦力过大造成非预设变形，导致工件质量不符合标准甚至造成损坏；端部倒角的设置使压头开始接触到管材时，通过倒角的角度引导管材管壁的材料向管材中心方向变形，并且产生倒角，在压头后续的进给运动，管材材料沿初始产生的倒角轨迹变形，从而使得压旋完成得到的产品具有符合要求的倒角。

优选的，所述压头设置有限位部，所述限位部位于远离所述平移机构的端部。

通过采取上述的技术方案，对压头的进给量进行控制，避免过度进给造成工件不合要求的情况发生，具体地说，限位部与压头外沿的距离即为预设的压头进给量，压头进给旋压过程中，当进给量达到预设值，限位部会与管材相抵，限制继续压头向前，避免进给量过大，靠近轴线的材料之间相互挤压，在持续的进给作用下，容易产生向内的变形的情况，保证工件符合要求。

优选的，所述平移机构设置有检测部件，所述检测部件包括信号触发件和信号接收件，所述信号触发件和所述信号接收件两者的其中一者安装于所述平移机构的固定部件，另一者安装于所述平移机构的活动部件。

通过采取上述的技术方案，至少有两个方面的作用，一是通过检测信号触发次数，对工件加工数量进行统计，用于生产数字化管理中，二是通过检测触发时间，计算出压头进给的速度和力度，对旋压组件的工作情况进行监控，方便数据出现异常时，对旋压组件进行维检，避免影响良品率。

优选的，所述夹持架的加工侧设置有曲率检测件，所述曲率检测件通过光学信息检测工件封口转角处的曲率值。

通过采取上述的技术方案，对工件封口转角处的圆倒角进行曲率测量，利用红外线检测器或其他光学测量设备对曲率值不符合要求的不良工件进行筛选，避免流入到下一步的生产工序。

优选的，所述夹持架的加工侧设置有表面淬火组件用于使管材快速冷却，所述表面淬火组件包括冷却液喷头，所述冷却液喷头朝向管材的加工表面。

通过采取上述的技术方案，提高工件表面的性能。具体地说，管材经激光束切割，旋压组件旋压后，表面仍处于高温状态，冷却液喷头对高温表面喷洒冷却液，使其快速降温，可以改变材料的晶体结构，在表面生成马氏体组织提高表面硬度，或是生成奥氏体组织提高耐磨性和耐蚀性。

优选的，所述夹持组件的加工侧设置有表面回火组件用于对管材重新加热，降低内应力。

通过采取上述的技术方案，降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂，通过重新加热管材的表面，可以改变材料的晶体结构，调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的综合力学性能。

优选的，所述表面回火组件包括反射组件用于将激光束反射至待加工表面，所述反射组件包括固定镜片和调节镜片，所述调节镜片(822)可以转动和平移，以将激光引导至待加工表面。

通过采取上述的技术方案，利用激光组件作为表面回火组件的加热源，降低激光组件的输出功率，反射组件将激光束反射到封口的端面处，通过激光的热效应对端面进行加热回火，加热期间调节镜片通过转动或者平移改变激光束的传播光路，从而改变激光照射到待加工表面的位置，配合旋转机构带动管材转动，实现回火范围在工件封口表面的全覆盖。

优选的，所述夹持组件的加工侧设置有清扫组件，所述清扫组件包括吹扫气嘴，所述吹扫气嘴朝向管材的加工表面。

通过采取上述的技术方案，在完成表面淬火工序后，吹扫气嘴对附着在工件表面的冷却液进行吹扫，减少冷却液在工件表面的附着，尤其是封口位置处，尽量避免冷却液滴对表面回火造成的不良影响，另外，附着的冷却液会跟随工件被带走，增加了冷却液的消耗量之余，避免冷却液对后续如表面处理、喷涂等工序的影响。

优选的，所述表面淬火组件的下方设置有集液槽。

通过采取上述的技术方案，对冷却液进行回收，以进行循环使用。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过设置旋压组件和激光组件，采用区别于传统工艺的方式对管材进行切割和封口两道工序，尽量避免上述封口工艺导致的工序增加问题所造成工件的整体生产时间和成本增加的情况，以及克服原工艺中容易发生盖板的外沿与管材外壁存在高度差，焊缝位置出现偏差，影响工件质量的情况；

2.通过设置曲率检测件，利用红外线检测器或其他光学测量设备对曲率值不符合要求的不良工件进行筛选，避免流入到下一步的生产工序；

3.通过设置表面淬火组件和表面回火组件，对工件表面进行淬火和回火，提高工件表面的性能。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是本申请实施例的另一角度的整体结构示意图；

图3是图1中的A部分的局部放大图；

图4是图2中的B部分的局部放大图;

图5是本申请实施例中压头和限位部的结构示意图；

图6是本申请实施例中表面回火组件的工作示意简图。

附图标记说明：1、机台；2、送料机构；21、滚轮；22、第一电机；3、转动卡盘；4、激光发射器；5、旋压组件；51、台架；52、滑轨；53、滑块；54、第二气缸；55、光电门；56、挡片；57、压头；58、限位部；6、曲率检测件；71、冷却液喷头；72、吹扫气嘴；73、集油槽；74、格栅；8、表面回火组件；81、镜盒；82、反射组件；821、固定镜片；822、调节镜片。

具体实施方式

以下结合附图1~6对本申请作进一步详细说明。

实施例：

参见图1~2，一种激光切割封口一体设备，包括机台1，所述机台1上设置有送料机构2，送料机构2包括两排相向设置的滚轮21，其中一排滚轮21传动连接有第一电机22作为送料驱动件，另一排滚轮21可在机台1上滑动调整两排辊轮之间的间距，实现管料夹紧和松开，管材通过两排滚轮21之间，并通过摩擦力在滚轮21的转动下实现轴向前后移动。

参见图1~2，送料机构2出料侧的机台1上安装有转动卡盘3（其具体结构未做展示），转动卡盘3包括转动盘，转动盘传动连接有第二电机作为转动驱动件，转动盘的中部开设有用于通过管材的夹持口，围绕夹持口转向盘上呈十字对撑设置有四只夹爪，相对的夹爪两两成组，两组夹爪沿管材轴线呈一前一后设置，夹爪可沿转动盘径向进行滑动。管材穿过夹持孔，并受到前后两组夹爪夹持，转动盘在第二电机驱动下转动，管材随动以自身管轴为转动轴转动，需要说明的是当管材转动时，送料机构2松开管材解除约束。在本实施例中，转动卡盘3集成了夹持组件和转动机构，而在其他实施例中，夹持机构、转动机构可以采用非集成的形式，具体结构不做限定，可实现管材夹持和转动即可。

参见图1~2，转动卡盘3的出料一侧为加工侧，加工侧方向上的机台1安装有激光组件，激光组件包括第一气缸，第一气缸的运动方向为竖直方向，第一气缸上搭载安装有激光发射器4，激光发射器4的发出激光束位于管材的正上方。激光束沿管材的径向射向管材的表面，管材的材料吸收激光束的能量升温，材料熔融气化，配合转动卡盘3的转动，激光束在管材表面的落点沿管材换向闭合成环，完成切割。

参见图1~5，加工侧方向上的机台1还安装有旋压组件5，旋压组件5包括固定安装在机台1上的台架51，台架51上安装滑轨52，滑轨52上滑动安装有滑块53，滑块53连接有第二气缸54作为压旋驱动件，台架51、滑轨52、滑块53、第二气缸54共同组成本实施例的平移机构，平移机构的平移方向与管材的径向同向，台架51上安装有光电门55作为本实施例的信号接收器，滑块53上安装有挡片56作为信号触发器。滑块53上转动安装有压头57，压头57呈圆柱状，压头57的轴线与管材的轴向平行设置，压头57远离滑块53的一端做了圆倒角设置，且压头57的该端部还螺纹连接有限位部58，限位部58与压头57同样为圆柱状，且限位部58的直径小于压头57。

压头57通过第二气缸54推动滑块53向管材滑动的作用下，从管材的一侧向管材轴线的方向做进给运动，期间压头57抵合管材表面，使管材的端部产生连续的局部塑性变形，压头57在做进给运动的过程中与管材相抵，变摩擦接触为滚动接触，减少压头57的进给阻力且尽量避免摩擦力过大造成非预设变形，导致工件质量不符合标准甚至造成损坏；端部倒角的设置使压头57开始接触到管材时，通过倒角的角度引导管材管壁的材料向管材中心方向变形，并且产生倒角，在压头57后续的进给运动，管材材料沿初始产生的倒角轨迹变形，从而使得压旋完成得到的产品具有符合要求的倒角。

限位部58的外沿到压头57的外沿的距离为预设的压头57进给量，压头57进给旋压过程中，当进给量达到预设值，限位部58会与管材相抵，限制继续压头57向前，避免进给量过大，靠近轴线的材料之间相互挤压，在持续的进给作用下，容易产生向内的变形的情况，保证工件符合要求。

光电门55和挡片56的设置中，挡片56随滑块53滑动通过光电门55，阻断光电门55的信号，触发一次记录。通过记录挡片56通过次数，统计工件的加工量用于生产数字化管理中，此外由于挡片56长度固定，通过检测触发时间的长短，计算出压头57进给的速度和力度，对旋压组件5的工作情况进行监控，方便数据出现异常时，对旋压组件5进行维检，避免影响良品率。

参见图1~4，加工侧方向上的机台1安装有用于视觉识别的摄像头作为本实施例的曲率检测件6，摄像头对准压旋组件进行压旋的工位，收集工件的视觉图像，并由计算机计算工件封口转角处的曲率值，在其他实施例中，曲率检测件6还可以采用红外线测距器，来回测量转角位置的距离，从而计算曲率。曲率值用于对不符合要求的不良工件进行筛选，避免流入到下一步的生产工序。

参见图4，加工侧方向上的机台1安装有安装杆，安装杆上螺纹连接有安装板，安装板上安装有冷却液喷头71和吹扫气嘴72，冷却液喷头71和吹扫气嘴72朝向管材的加工表面，机台1上开设有集油槽73，集油槽73上安装有格栅74。冷却液喷头71从属本实施例的表面淬火组件，吹扫气嘴72从属本实施例的清扫组件。

管材经激光束切割，旋压组件5旋压后，表面淬火工序可以改变材料的晶体结构，表面生成马氏体组织提高表面硬度，或是生成奥氏体组织提高耐磨性和耐蚀性。在完成表面淬火工序后，吹扫气嘴71对附着在工件表面的冷却液进行吹扫，减少冷却液在工件表面的附着，尤其是封口位置处，尽量避免冷却液滴对表面回火造成的不良影响，另外，附着的冷却液会跟随工件被带走，增加了冷却液的消耗量之余，避免冷却液对后续如表面处理、喷涂等工序的影响。集液槽73对冷却液进行回收，以进行循环使用。

参见图5~6，加工侧方向上的机台1安装有表面回火组件8，表面回火组件8包括无杆气缸，无杆气缸上搭载镜盒81，镜盒具有供激光进入的入射窗口和供激光射出的射出窗口，镜盒81内安装有反射组件82，反射组件82包括两片固定镜片821和一片调节镜片822，固定镜片821、调节镜片822、激光发射器4位于同一竖直平面，调节镜片822和其中一片固定镜片821都与地面呈45度平行设置，两片固定镜片821关于水平面镜像对称设置。镜盒81内开设有导槽，导槽水平开设，导槽内安装有微电机，微电机连接有螺杆，螺杆上螺纹连接有螺纹块，螺纹块连接调节镜片822。

以下结合图6，对表面回火组件8的工作过程进行说明，无杆气缸将反射组件82移动至激光发射器4下方，激光发射器降低输出功率激光束射入镜盒81经反射组件82的反射，落在工件的端面上，对端面进行加热回火，降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂，调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的综合力学性能。期间微电机启动，螺杆转动，螺纹块滑动，调节镜片822平移，调节镜片822通过平移改变自身位置，改变激光束在调节镜片上的入射位置，从而改变激光束的传播光路，进一步地改变激光照射到待加工表面的位置，配合旋转卡盘带动管材自身转动，实现回火范围在工件端面表面的全覆盖。在其他实施例中，表面回火组件8还可以使用涡流感应加热的方式进行表面淬火。

一种激光切割封口一体设备的工作原理：夹持组件将管材夹持，旋转机构带动夹持机构和管材进行以管材为轴的转动，旋压组件5的压头57在平移机构的作用下，从管材的一侧向管材轴线的方向做进给运动，期间压头57抵合管材表面，使管材的端部产生连续的局部塑性变形，完成封口工序，然后曲率测量件对测量，对于曲率不合格的管段进行切除，重新进行旋压，再者通过表面淬火组件和表面回火组件8对管件进行表面淬火和表面回火，以获得工作所要求的综合力学性能。最后激光组件向管材表面射出激光束，激光的热效应使管材表面被照射的位置升温，管材材料熔融气化，并且随着管材在旋转机构作用下转动，管材表面形成的切割线闭合成环，工件从管材原材上脱落，完成切割工序。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光切割封口一体设备，其特征在于，包括：

机台(1)；

夹持组件，安装于所述机台(1)，用于夹持管材；

旋转机构，所述夹持组件设置于所述旋转机构；

激光组件，至少用于对管材进行切割处理，位于所述夹持组件的一侧，该侧为加工侧；

旋压组件(5)，位于所述夹持组件的加工侧，包括压头(57)和平移机构，所述平移机构驱动所述压头(57)靠近管材，所述压头(57)从管材的一侧向管材轴线的方向做进给运动并抵合管材表面，使管材的端部产生连续的局部塑性变形；

所述夹持组件的加工侧设置有表面回火组件(8)用于对管材重新加热，降低内应力；

所述表面回火组件(8)包括反射组件(82)用于将激光束反射至待加工表面，所述反射组件(82)包括固定镜片(821)和调节镜片(822)，所述调节镜片(822)可以转动和平移，以将激光引导至待加工表面。

2.根据权利要求1所述的一种激光切割封口一体设备，其特征在于：所述压头(57)呈圆柱状且转动设置于所述平移机构，所述压头(57)远离所述平移机构的端部呈倒角设置。

3.根据权利要求1所述的一种激光切割封口一体设备，其特征在于：所述压头(57)设置有限位部(58)，所述限位部(58)位于远离所述平移机构的端部。

4.根据权利要求1所述的一种激光切割封口一体设备，其特征在于：所述平移机构设置有检测部件，所述检测部件包括信号触发件和信号接收件，所述信号触发件和所述信号接收件两者的其中一者安装于所述平移机构的固定部件，另一者安装于所述平移机构的活动部件。

5.根据权利要求1所述的一种激光切割封口一体设备，其特征在于：所述夹持组件的加工侧设置有曲率检测件(6)，所述曲率检测件(6)通过光学信息检测管材封口转角处的曲率值。

6.根据权利要求1所述的一种激光切割封口一体设备，其特征在于：所述夹持组件的加工侧设置有表面淬火组件用于使管材快速冷却，所述表面淬火组件包括冷却液喷头(71)，所述冷却液喷头(71)朝向管材的加工表面。

7.根据权利要求6所述的一种激光切割封口一体设备，其特征在于：所述夹持组件的加工侧设置有清扫组件，所述清扫组件包括吹扫气头，所述吹扫气头朝向管材的加工表面。

8.根据权利要求6所述的一种激光切割封口一体设备，其特征在于：所述表面淬火组件的下方设置有集液槽。