使用一台新的加工設備是否能夠改變一家已經擁有50年曆史的公司的產品及組件的方法呢？如果這台設備能夠縮短90%以上的加工時間，對氮氣的使用隻相當於原來的一小部分成本的空氣輔助氣體進行切割的光纖激光係統呢？那麽答案將是顯而易見的。“新的光纖激光切割機改變了遊戲的規則，”道爾設備製造公司Doyle Equipment Manufacturing（Doyle; Quincy, IL）的生產經理Stuart Rumple先生說。“這是我們公司的一個技術飛躍，並且是我們為了提高生產效率而做出的重大技術革新。它改變了我們對於產品製造的思維方式。”
道爾公司（Doyle）使用辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）製造的CL-940光纖激光切割機替換了他們原有的兩台舊的1500W和3000W CO2激光切割機，這一改變馬上就將生產的幹散貨物料處理設備組件的處理加工時間從64小時縮短到4小時。這種光纖激光切割機不僅降低了運營的成本，同時還幫助該公司在保持使用現有製造技術的基礎上提高了生產效率。“我們從使用空氣輔助光纖激光切割機中得到的結果使得我們公司對於使用新的創意、設備和技術的態度更加開放。”Rumple先生說。“現在，我們把關注的重點放在了如何才能選擇合適的材料以及合適的設備來得到最有效的結果。”（見圖1）
道爾公司（Doyle）的工廠位於密蘇裏州的巴爾米拉（Palmyra），這個是第四代家族企業了，專門生產優質的用於幹肥料混合、輸送、維護和處理的設備。該公司由梅爾 • 道爾先生（Merle Doyle）創立，他是一位肥料處理設備行業創新的領袖人物，並且自1961年引入第一台旋轉式攪拌機開始，道爾公司（Doyle）已經成為了生產幹肥料批量混合機的主要製造商。
現在，道爾公司（Doyle）的150多名員工正努力為幹化肥行業全球的客戶製造幹散貨物處理設備，並且它的垂直綜合產品線還包括輸送、混合、維護和處理設備。該公司能夠生產超過11,000種組件，每年的產量達到10,000件。超過90%該公司生產的組件——主要是不鏽鋼——都是通過激光加工進行製造的，因此高效的激光切割是降低成本效益的一個關鍵因素。
更高的產量
用激光來對不鏽鋼進行切割，大多采用高壓氮氣與激光束同軸注入的方法以吹走熔融的金屬而使得切割表麵不會形成任何的氧化物。這是一個很好的方法，但是與傳統的氧氣切割相比成本更高。能夠替代純氮的一個方法是使用過濾後的車間壓縮空氣，它由78%的氮氣組成。在激光切割中使用過濾後的壓縮空氣比使用氧氣或氮氣的速度更快——一般為300ipm到320ipm，並且盡管需要對一些設備、過濾、壓縮空氣進行一定的初始投資，但是其長期的成本相對於“傳統”的輔助氣體成本來講還是較低的。激光能源現在正處於一個焦點的位置，並且使用壓縮空氣能夠在金屬的表麵產生等離子體球，其效果類似於使用電力的數控等離子切割機所產生的切割效果。等離子體傳輸熱量的效果比光線更有效。
壓縮空氣輔助切割同時也能達到與使用氧或氮氣進行組件切割相同的邊緣質量。切割的邊緣需要足夠地清潔才能使得大多數的粉末塗料能附著上去，不需要再進行二次清洗。在第一次選擇使用壓縮空氣進行輔助激光切割時，諧振器的大小是一個重大的限製。然而現在高瓦數激光切割機——一般為4000W以上——使得空氣輔助成為了切割鋼材、不鏽鋼和厚度高達1/8英寸鋁材的有效方法。具有6000W諧振腔的激光切割機甚至可以切割厚度最高達到3/8英寸的材料。
Rumple先生和道爾公司（Doyle）的團隊意識到將空氣輔助切割應用在光纖激光器上的可能性，並且將其直接應用在了辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）的測試實驗上。“我們認為這是可行的，但不知道應該使用哪種材料以及材料所能達到的厚度。” Rumple先生說。“我們還認為低壓的車間壓縮空氣將會是一個限製的因素，因此我們決定使用正常的空氣進行切割測試，看看是否能夠奏效。”為了使用現有的100 psi的車間空氣，該公司通過在高壓接收器、過濾器和冷凍幹燥機上添加一個高壓增壓機（最大能達到450 psi）以及過濾器，最終得到350 psi符合清潔標準的幹燥空氣用於激光切割（見圖2）。
“我們花了五個小時來測試所有的組件和材料，並且對結果非常滿意，” Rumple先生說。“我們所擔心的問題是組件切割後的焊接質量。我們需要一個幹淨、清潔的邊緣來進行焊接,並且這些處理在使用空氣輔助的光纖激光切割機上達到了完美的效果。”道爾公司（Doyle）現在已經開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不鏽鋼來製造18級規格的產品，以及使用規格為10的低碳鋼來製造14級規格的產品。隻有在切割1/4英寸厚的低碳鋼時，光纖激光切割機還是會使用少量的氧氣來進行操作。“我們95%的光纖激光切割都是使用車間空氣來對不鏽鋼進行切割”，他補充道。
除了能夠獲得更高的產量，新的光纖激光切割係統也由於空氣相比於氮氣成本更低，也能節省很大一部分的成本。Rumple先生說，氮氣係統需要大功率的50HP壓縮機來生成必要的壓力，用了空氣輔助後，現在隻需要使用15HP的壓縮機就能達到同樣的效果（圖3）。“我們現在運行光纖激光切割機的成本每小時還不到4美元，使用空氣作為輔助氣體相比氮氣約便宜了90%，”Rumple先生說，“並且辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）在激光鏡頭的上方和下方添加了一個蓋子，延長了鏡頭的使用壽命。鏡頭的更換成本通常是光纖激光設備中的第二大成本，現在這也不再是一個問題了。”
始於一台折彎機
光纖激光係統並非道爾公司（Doyle）與辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）共同研發的第一台設備。該公司與辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）的“夥伴關係”始於90年代後期，從他們購買了一台能將半英寸厚的低碳不鏽鋼彎曲成型的230噸折彎機開始。從那時起，道爾公司（Doyle）在他們位於昆西（Quincy）的工廠分別添置了一台辛辛那提生產的135噸和90噸的折彎機，並也在巴爾米拉（Palmyra）的工廠也添置了一台135噸的折彎機。2011年末，這家工廠還引入了一台5000W的辛辛那提CO2激光切割機以此來提高吞吐量和縮短交貨期。
“該工廠通過切割一英寸厚的低碳鋼以及四分之一英寸厚的304不鏽鋼來製造我們所有14級規格的產品，” Rumple先生說。“我們和辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）合作得很愉快，並且是合作夥伴關係。
我們提出了很多希望能在他們設備上能夠實現的要求，他們會進行反饋，並會去實現它。操作人員通過簡單學習，便能掌握如何操作這些折彎機。使用CO2激光器具有很大的靈活性，因為它也可以切割木材和ABS材料。（見圖4）
道爾公司（Doyle）也使用辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）的軟件模塊來提高激光和折彎機的性能。“我們希望能夠在設備上進行組件的簡單切割，這些軟件能夠幫助我們做到這一點，”Rumple先生說：“我們通常在研發組件/產品時使用彎曲模擬器，它能讓操作過程變得簡便。”
使用空氣輔助激光切割機的成功促使道爾公司（Doyle）又訂購了第二台光纖激光切割係統，並於2015年7月交付使用。這台設備安裝在該公司位於巴爾米拉（Palmyra）新的195,000平方英尺的工廠中。
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