CN119927414B - 一种针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法及加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法，先对分段的高硅钢带材进行激光预切割，激光预切割的深度为高硅钢带材厚度的25‑50%，然后将预切割后的高硅钢带材通过传送带送至冲压平台进行冲压作业，同时，下一段高硅钢带材在进行激光预切割，切割机与冲压机床同步协调工作，冲压作业时，冲压模具的半径小于激光切割的半径，降低冲压时模具与高硅钢带材之间的接触应力。先采用激光切割的方式对高硅钢带材进行预切割，减少激光切割造成的磁性能恶化影响；再采用冲压以降低材料的应力，从而获得边缘完整的产品，减少边缘的毛刺和裂纹，获得高精度的产品，同时提升了加工效率，减少了废品率，降低了成本。

Description

一种针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法及加工装置

技术领域

本发明涉及高硅钢片加工的技术领域，具体地说是一种针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法及加工装置。

背景技术

高硅钢是电力电子领域关键软磁材料， 当前主流加工工艺在应对高硅钢材料时均存在显著局限性：机械冲裁工艺受限于材料室温延展性缺失，易引发断面微裂纹与边缘分层缺陷，严重影响材料成型精度与成品率；现有的冲压设备上直接冲压过程中容易出现裂纹和断裂，导致成材率极低，难以获得完整的产品，无法使其直接冲压加工生产；常规锯切加工则因切削应力集中导致崩边现象频发，难以满足精密器件加工要求。

如果采用激光切割工艺，直接激光切割过程中，局部高温引发的材料快速冷却易导致切割边缘产生裂纹或局部损伤，这不仅会降低材料的机械性能，还会因热影响的微观组织变化造成磁性能显著恶化，最终影响产品的综合性能指标。

因此，市场上急需一种改进的针对高硅钢及高脆性软磁材料的激光辅助冲压加工方法，这里的高硅钢、高脆性软磁材料是指硅含量在3.2%-6.5%之间的硅钢片，同时由于延伸率＜5%，易发生断裂失效的高脆性材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法及加工装置，通过加工工艺和结构的改进，解决冲压过程中产生的裂纹和断裂现象，提高了高硅钢片的成材率，降低了成本，提升了加工精度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法，其特征在于：所述的加工方法包括如下步骤：a、对分段的高硅钢带材进行激光预切割，激光预切割的深度为高硅钢带材厚度的25-50%；b、将预切割后的高硅钢带材通过传送带送至冲压平台进行冲压作业，同时，下一段高硅钢带材在进行激光预切割，激光切割与冲压机床同步协调工作；c、冲压作业时，冲压模具的半径小于激光切割的半径，优化了冲压时模具与材料之间的接触面，降低冲压时模具与高硅钢带材之间的接触应力。

优选的，a步骤中，根据不同的高硅钢带材厚度t mm，硅含量质量分数s wt%，设置不同的激光预切割厚度h mm，三者之间的分段函数如下：

进一步，b步骤中，为了使激光切割机与冲压机床同步协调工作，设定激光切割时间T₁，冲片1片的时间T₂，与激光切割数量N之间的关系如下：

激光切割路径长度：；其中，电机定子外半径mm，定子内半径mm，槽数，槽口宽度mm，槽内壁总长度mm；

激光切割时间：；其中，激光切割速度mm/s；

冲片1片时间：；

激光切割数量：,其中为机床冲完1片后等下一个高硅钢带材挪动到指定位置的时间。

进一步，c步骤中，设定冲压模具的半径，其中，激光切割半径为mm，激光割痕宽度为mm。

一种针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法的加工装置，其特征在于：加工装置包括卷带放料架、剪板机、切割平台和冲压平台，剪板机与切割平台之间，切割平台与冲压平台之间均通过传送带相连；切割平台上平行布设有至少2个切割机，冲压平台的一侧设有与之配合的冲压机。

优选的，冲压平台上设有滚轮传动机构，冲压机设有冲压机头，冲压机头的下方设有冲压模具，冲压模具与冲压机头之间通过滑块组件相连；冲压机头的两侧分别设有第一、第二飞轮，冲压机头的上方设有用以控制滑块组件的一组气缸。

进一步，冲压模具的半径，其中，激光切割半径为mm，激光割痕宽度为mm。

进一步，切割平台包括机床床身和设在机床床身下方的机床支撑脚，机床床身上设有传动机构；每个切割机设有两个平行设置的切割头，切割头在切割机的控制下沿着Z轴方向对放置在机床床身上的高硅钢带材进行激光预切割。

更进一步，卷带放料架一侧设有突出的转动轴，成卷的高硅钢带材套装在转动轴上；剪板机的一侧设有物料进口，物料进口处设有物料整理架，高硅钢带材的一端通过物料整理架后放入物料进口。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，对高硅钢带材采用激光预切割、而后冲压的复合加工工艺，先采用激光切割的方式对高硅钢带材进行预切割，减少激光切割造成的磁性能恶化影响；再采用冲压以降低材料的应力，从而获得边缘完整的产品，减少边缘的毛刺和裂纹，获得高精度的产品，同时提升了加工效率，减少了废品率，降低了成本；

2、本发明的技术方案的中，对分段的高硅钢带材进行激光预切割，激光预切割的深度为高硅钢带材厚度的25-50%，由于切割深度较浅，激光切割速度可显著提高，从而减少加工时间，提升加工效率；同时，较浅的切割深度有助于降低激光切割对高硅钢带材的热影响，进一步减少磁性能的恶化，保证成品的质量；

3、本发明的工艺中，预切割后的高硅钢带材通过传送带送至冲压平台进行冲压作业，同时，下一段高硅钢带材在进行激光预切割，切割机与冲压机床同步协调工作，显著提升了加工效率，降低了生产升本；

4、本发明的工艺方法中，冲压作业时，冲压模具的半径小于激光切割的半径，优化了冲压时模具与材料之间的接触面，减小了冲压断面毛刺的出现，同时降低冲压时模具与材料之间的接触应力，从而延长模具的使用寿命；进一步，较小的模具尺寸降低了材料加工难度，提高了加工精度；高硅钢带材由于之前的预切割工序，因此在冲压工序中则减小了有效冲压深度，减少了冲压机所需的冲力，降低了设备能耗，延长了使用寿命；

5、本发明的结构中，加工装置包括卷带放料架、剪板机、切割平台和冲压平台，剪板机与切割平台之间，切割平台与冲压平台之间均通过传送带相连，整台设备布局紧凑、合理，运行高效，能满足高质量批量生产的需求，进一步提升了产品的完整性和成材率，极具市场推广和利用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的又一结构示意图。

图3为本发明剪板机与卷带放料架配合的结构示意图。

图4为本发明冲压机的结构示意图。

图5为本发明切割平台的结构示意图。

图6为本发明一段被加工的高硅钢带材的示意图。

图7为图6的局部放大示意图。

图8为本发明冲压模具与高硅钢带材之间的加工配合示意图。

附图标记：

1卷带放料架、2剪板机、3切割平台、4冲压平台、5高硅钢带材；

11转动轴；

21物料整理架；

31机床床身、32机床支撑脚、33传动机构、34切割头；

40滚轮传动机构41冲压机头、42冲压模具、43滑块组件、44第一飞轮、45第二飞轮、46气缸、47电器控制系统、48气动离合器、49冲压机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法，所述的加工方法包括如下步骤：a、对分段的高硅钢带材进行激光预切割，激光预切割的深度为高硅钢带材厚度的25-50%；b、将预切割后的高硅钢带材通过传送带送至冲压平台进行冲压作业，同时，下一段高硅钢带材在进行激光预切割，切割机与冲压机床同步协调工作；c、冲压作业时，冲压模具的半径小于激光切割的半径，降低冲压时模具与高硅钢带材之间的接触应力。

本发明通过激光预切割与冲压复合加工工艺，有效降低了冲压引起的机械应力，减少了磁性能恶化，提高了加工效率和产品质量。具体来说，本发明的激光预切割根据高硅钢带材的厚度和硅含量质量分数计算出一个合理预切割深度，由于深度为高硅钢带材的25%-50%，切割厚度较浅，可以显著提高切割的速度，减少加工时间，进一步提高加工效率，同时确保了切割边缘的光滑度和尺寸精度，降低了后续冲压加工的难度和缺陷率。

本发明的冲压工序中，设计了一个特殊规格的冲压模具，冲压模具的尺寸设计可比预切割的割痕尺寸小半个激光割痕宽度。这种设计优化了冲压时模具与材料之间的接触面，减小了冲压断面毛刺，提高了加工精度，同时降低冲压时模具与材料之间的接触应力，从而延长了模具的使用寿命。采用激光切割与冲压工艺的协同作业，实现了高效加工流程，显著提升了生产效率。

本发明的技术方案在高硅钢、高脆性软磁材料的批量生产中突破了传统加工方法的局限性，可以达到高脆性软磁材料的高效、高质量生产。同时，该技术方案成功保留了材料的磁性能，确保了产品的完整性和成材率，进一步提升了产品的加工精度，降低了生产成本。

实施例1

本实施例中，所述的加工方法包括如下步骤：a、对分段的高硅钢带材进行激光预切割，激光预切割的深度为高硅钢带材厚度的25-50%由于切割深度较浅，激光切割速度可显著提高，从而减少加工时间，提升加工效率。同时，较浅的切割深度有助于降低激光切割对材料的热影响，进一步减少磁性能的恶化；b、将预切割后的高硅钢带材通过传送带送至冲压平台进行冲压作业，同时，下一段高硅钢带材在进行激光预切割，切割机与冲压机床同步协调工作，具体而言，激光切割设备配备N个激光头，每个激光头在T分钟内对这段带材上的一个预切割部位进行精准切割，并将切割后的带材传送至冲压机床。与此同时，剪板机将新的一段带材传送过来，继续进行切割与冲压作业，从而实现冲压与激光切割的同步运行，显著提升加工效率；c、冲压作业时，冲压模具的半径小于激光切割的半径，降低冲压时模具与高硅钢带材之间的接触应力，延长了使用寿命。

具体来说，a步骤中，根据不同的高硅钢带材厚度t mm，硅含量质量分数s wt%，设置不同的激光预切割厚度h mm，三者之间的分段函数如下：

b步骤中，为了使切割机与冲压机床同步协调工作，设定激光切割时间T₁，冲片1片的时间T₂，与激光切割数量N之间的关系如下：

激光切割路径长度：；其中，电机定子外半径mm，定子内半径mm，槽数，槽口宽度mm，槽内壁总长度mm；

激光切割时间：；其中，激光切割速度mm/s；

冲片1片时间：；

激光切割数量：,其中为机床冲完1片后等下一个高硅钢带材挪动到指定位置的时间。

c步骤中，设定冲压模具的半径，其中，激光切割半径为mm，激光割痕宽度为mm。

综上所述，本实施例采用激光预切割和冲压复合加工工艺，先采用激光切割的方式对高硅钢片进行预切割，不仅提高了切割的速度和质量，同时减少激光切割造成的磁性能恶化影响。再通过传送机构输将预切割后的高硅钢片送到冲压工序，冲压过程中采用冲压模具以降低模具与材料之间的应力，获得完整、高质量的产品，实现加工效率和质量的提高。

实施例2

本实施例中，阐述了一种针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法的加工装置，加工装置包括卷带放料架、剪板机、切割平台和冲压平台，剪板机与切割平台之间，切割平台与冲压平台之间均通过传送带相连，用于传送需要加工的高硅钢带材；切割平台上平行布设有至少2个切割机，可以同步激光预切割放置在切割平台上的高硅钢带材；冲压平台的一侧设有与之配合的冲压机，用以冲压放置在冲压平台上的高硅钢带材。

具体来说，卷带放料架1一侧设有突出的转动轴11，成卷的高硅钢带材套装在转动轴上；剪板机2的一侧设有物料进口，物料进口处设有物料整理架21，高硅钢带材的一端通过物料整理架后放入物料进口，然后同剪板机对高硅钢带材进行分段切割，分段切割后的高硅钢带材通过传送带送至切割平台上，进行后续的激光预切割。

进一步，切割平台3包括机床床身31和设在机床床身下方的机床支撑脚32，机床床身上设有传动机构33，用以传输需要切割的高硅钢带材；每个切割机设有两个平行设置的切割头34，切割头在切割机的控制下沿着Z轴方向上下运动，从而对放置在机床床身上的高硅钢带材进行激光预切割，激光预切割后的高硅钢带材经过传送带被送至后续的冲压平台。

冲压平台4上设有滚轮传动机构40，冲压机设有冲压机头41，冲压机头的下方设有冲压模具42，冲压模具与冲压机头之间通过滑块组件43相连；冲压机头的两侧分别设有第一、第二飞轮44、45，冲压机头的上方设有用以控制滑块组件的一组气缸46，具体工作时，气缸带动控制滑块组件向下运动，滑块组件带动冲压模具向下冲压高硅钢带材，完成产品的加工。其中，冲压模具的半径，其中，激光切割半径为mm，激光割痕宽度为mm。冲压模具的半径小于激光切割的半径，优化了冲压时模具与材料之间的接触面，减小了冲压断面毛刺的出现，同时降低冲压时模具与材料之间的接触应力，从而延长模具的使用寿命。进一步，较小的模具尺寸降低了材料加工难度，提高了加工精度；高硅钢带材由于之前的预切割工序，因此在冲压工序中则减小了有效冲压深度，减少了冲压机所需的冲力，降低了设备能耗，延长了使用寿命。

实施例3

本实施例中，首先对高硅钢带材进行激光预切割，激光预切割深度为硅钢带材厚度的25%~50%，由于切割深度较浅，激光切割速度可显著提高，从而减少加工时间，提升加工效率。同时，较浅的切割深度有助于降低激光切割对材料的热影响，进一步减少磁性能的恶化。此外，激光切割的高精度特性能够确保切割边缘的光滑度和尺寸精度，减少后续冲压加工的难度和缺陷率；具体而言，由于硅含量越高，材料越脆，所需预切割深度就越大。实验中发觉，较薄的高硅钢带材厚度0.02~0.2mm的，质量分数为3.2wt%的高硅钢带材可以预切割25%的厚度；质量分数为5wt%的高硅钢带材可以预切割33.3%的厚度，质量分数为5wt%的高硅钢带材可以预切割40%的厚度。对于厚度0.2~0.02mm的高硅钢带材，质量分数为3.2wt%的高硅钢带材可以预切割30%的厚度；质量分数为5wt%的高硅钢带材可以预切割40%的厚度；质量分数为5wt%的高硅钢带材可以预切割50%的厚度，其余范围内为呈现线性关系，具体如下：

当时：

已知S=3.2时，h=0.25t；S=5时，h=1/3t；s=6.5时，h=0.4t；

当时，根据线性插值公式：

,

这里x=s，x₁=3.2，y₁=0.25t，y₂=1/3t,可得：

当时， x₁=5，x₂=6.5，y₁=1/3t，y₂=0.4t，则：

当时，

已知s=3.2时，h=0.3t；s=5时，h=0.4t；s=6.5时，h=0.5t；

当时，根据线性插值公式，x₁=3.2，x₂=5，y₁=0.3t，y₂=0.4t，可得：

当时， x₁=5，x₂=6.5，y₁=0.4t，y₂=0.5t，则：

最终，得到完整分段函数：

然后，将预切割后的高硅钢带材通过传送带送至冲压平台进行冲压作业，同时，下一段高硅钢带材在进行激光预切割，切割机与冲压机床同步协调工作。例如，冲压一段设有N个预切割部位的高硅钢带材，冲压耗时约T分钟，而激光切割设备也可在T分钟内完成相应切割任务。具体而言，激光切割设备配备N个激光头，每个激光头在T分钟内对这段高硅钢带材上的一个预切割部位进行精准切割，并将切割后的带材传送至冲压机床。与此同时，剪板机将新的一段带材传送过来，继续进行切割与冲压作业，从而实现冲压与激光切割的同步运行，显著提升加工效率。

具体而言，激光切割路径长度：；其中，电机定子外半径（mm），定子内半径（mm），槽数，槽口宽度（mm），槽内壁总长度（mm）；

激光切割时间：；其中，激光切割速度（mm/s）；

冲片1片时间：；

激光切割数量：,其中为机床冲完1片后等下一个高硅钢带材挪动到指定位置的时间。

接着，冲压作业时，冲压模具的半径小于激光切割的半径，降低冲压时模具与高硅钢带材之间的接触应力。这种设计优化了冲压时模具与材料之间的接触面，减小了冲压断面毛刺，同时降低冲压时模具与材料之间的接触应力，从而延长其使用寿命。同时，较小的模具尺寸降低了材料加工难度，提高了加工精度。此外，预切割工艺减小了有效冲压深度，减少了冲压所需的力，降低了设备能耗，进一步提升了加工效率和经济性。

设定冲压模具的半径，其中，激光切割半径为（mm），激光割痕宽度为（mm）。

本发明的优点如下：

搭建了一套适用于高硅钢的自动化生产线，实现了高脆性软磁材料的高效切割工序，可以获得高品质的硅钢片。

通过设定激光预切割工序，显著提高激光切割速度，减少加工时间，提升加工效率。同时，较浅的切割深度降低了激光切割对材料造成的热影响，减少对高硅钢带材的磁性能恶化。此外，激光切割的高精度特性保证了带材切割边缘的光滑度和尺寸精度度，降低后续冲压加工难度，减少了缺陷率。

采用激光预切割与冲压工艺协同作业，通过合理安排激光切割和冲压的顺序，实现高效加工流程。例如，在冲压完成一段长度的带材后，激光切割设备在这段时间内完成相应切割任务，并将切割后的带材传送至冲压机床，同时剪板机传送新的一段带材过来，继续进行切割与冲压作业，实现冲压与激光切割的同步、高效运行。

经过预切割处理后，冲压模具的尺寸设计可比预切割的割痕尺寸小半个激光割痕宽度，减小了冲压断面毛刺，同时降低冲压时模具与材料之间的接触应力，有效降低模具磨损，延长其使用寿命。同时，较小的模具尺寸降低了材料加工难度，提高了加工精度，减少了冲压所需的力，降低了设备能耗。由于激光预切割与冲压加工的协同运行，生产线的生产速率与传统直接冲压速率等同，从而实现了高脆性软磁材料的高效批量生产。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法，其特征在于：所述的加工方法包括如下步骤：a、对分段的高硅钢带材进行激光预切割，激光预切割的深度为高硅钢带材厚度的25-50%；b、将预切割后的高硅钢带材通过传送带送至冲压平台进行冲压作业，同时，下一段高硅钢带材在进行激光预切割，切割机与冲压机床同步协调工作；c、冲压作业时，冲压模具的半径小于激光切割的半径，降低冲压时模具与高硅钢带材之间的接触应力；a步骤中，根据不同的高硅钢带材厚度t mm，硅含量质量分数s wt%，设置不同的激光预切割厚度h mm，三者之间的分段函数如下：

。

2.根据权利要求1所述的一种针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法，其特征在于：b步骤中，为了使切割机与冲压机床同步协调工作，设定激光切割时间T₁，冲片1片的时间T₂，与激光切割数量N之间的关系如下：

激光切割路径长度：；其中，电机定子外半径 mm，定子内半径 mm，槽数 ，槽口宽度 mm，槽内壁总长度 mm；

激光切割时间：；其中，激光切割速度 mm/s；

冲片1片时间：；

激光切割数量：,其中为机床冲完1片后等下一个高硅钢带材挪动到指定位置的时间。

3.根据权利要求1所述的一种针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法，其特征在于：c步骤中，设定冲压模具的半径，其中，激光切割半径为 mm，激光割痕宽度为 mm。

4.一种实施如权利要求1所述的针对高硅钢片的激光辅助冲压加工方法的加工装置，其特征在于：加工装置包括卷带放料架、剪板机、切割平台和冲压平台，剪板机与切割平台之间，切割平台与冲压平台之间均通过传送带相连；切割平台上平行布设有至少2个切割机，冲压平台的一侧设有与之配合的冲压机。

5.根据权利要求4所述的加工装置，其特征在于：冲压平台上设有滚轮传动机构，冲压机设有冲压机头，冲压机头的下方设有冲压模具，冲压模具与冲压机头之间通过滑块组件相连；冲压机头的两侧分别设有第一、第二飞轮，冲压机头的上方设有用以控制滑块组件的一组气缸。

6.根据权利要求4所述的加工装置，其特征在于：切割平台包括机床床身和设在机床床身下方的机床支撑脚，机床床身上设有传动机构；每个切割机设有两个平行设置的切割头，切割头在切割机的控制下沿着Z轴方向对放置在机床床身上的高硅钢带材进行激光预切割。

7.根据权利要求4所述的加工装置，其特征在于：卷带放料架一侧设有突出的转动轴，成卷的高硅钢带材套装在转动轴上；剪板机的一侧设有物料进口，物料进口处设有物料整理架，高硅钢带材的一端通过物料整理架后放入物料进口。