[发明专利]恒温加热辅助圆盘剪切割方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属带材切割领域，尤其涉及一种金属带材激光辅助切割方法。

背景技术

金属带材，例如钢带、铜带、铝带等，一般均采用冶炼、轧制、精整、分卷、包装等工艺生产，其中涉及切边、横切、纵切等带材的切割加工。在连续化带材生产线上，均采用圆盘剪方式完成切边和纵切分条，属于机械切割方式，即利用上下剪刃的作用通过塑性滑移制造的裂纹扩展使带材被切断。

以钢带的圆盘剪为例，一般其生产方式为成卷或全连续切割，切割速度大于280m/min，现有的镀锡机组可达到400m/min以上，钢带强度可达1200MPa，钢带厚度可小于0.3mm，其切割规律如图1所示。其中，塌角1是由切割过程中带材塑性弯曲产生的，光亮带2是由带材内部相对滑移即塑性变形产生的，撕裂带3是由带材脆性断裂产生的，毛刺4是由断裂时裂纹扩展不充分产生的。

目前，机械切割方式存在无法解决的问题，主要来源于带材本身。由于带钢极薄，要求圆盘剪的间隙非常小，同时带材强度非常高，使得圆盘剪刀片极易磨损，甚至崩刀，不仅大幅降低刀片使用寿命，而且严重影响生产节奏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种恒温加热辅助圆盘剪切割方法，通过有针对性地降低切割区域金属带材剪切屈服强度，精确控制加热温度，以及切割质量反馈控制，大幅减小了由于强度波动导致的切割力波动，使切割过程更加稳定，增加了刀片的使用安全，延长刀片使用寿命。

本发明是这样实现的：一种恒温加热辅助圆盘剪切割方法，包括以下步骤：

步骤一、根据金属带材的性能参数、带材厚度、圆盘剪参数与所要求的切割质量设定切割温度；

步骤二、通过切割温度计算得到加热温度；

步骤三、通过圆盘剪参数与激光器参数确定加热光斑的形状，并计算得到加热光斑的尺寸；

步骤四、根据金属带材的性能参数、带材厚度、加热温度、加热光斑的尺寸计算得到激光器的激光输出功率；

步骤五、当带钢头部到达圆盘剪时，启动激光器出光，进行带钢的切割作业；

以上步骤中，步骤二、三按照任意顺序进行。

所述通过切割温度T_c计算得到加热温度T_h，具体为，

          （1）

式中，a₁为经验参数，由带材运行时的热边界条件取值，a₁=100~1000；

a₂为经验参数，由带材尺寸规格取值，a₂=-1.5~-0.5。

t为带材从加热点运行到切割点的时间；

，L_min为加热点中心距切割点的最小距离，U为带材运行速度。

所述加热光斑的形状为矩形或椭圆形，光斑宽度w和光斑长度b的具体计算为，

          （2）

式中，wt为圆盘剪切割时的切缝宽度，单位mm；

Δw为宽度余量，根据机组跑偏控制精度和激光头横向移动控制精度由经验取值，Δw=0.2~0.5mm；

          （3）

式中，L₁为加热点中心距激光焦点的距离，由激光器参数决定；

L_min为加热点中心距切割点的最小距离；

d为圆盘剪刀片直径；

α*为激光光束倾角，由经验设定，α*=15°~45°；

b₁为激光光束中心距圆盘剪刀片中心最小距离处光束截面长度；

Δb₁为保证激光光束不干涉刀片所留有的余量，由经验取得，Δb₁=5~10mm。

所述激光器的激光输出功率F具体计算为，

              (4)

式中，U为带材运行速度，m/min；

F为激光输出功率，W；

A_s为激光光斑面积，mm²；

ξ为经验参数，由金属带材密度和比热容取得，ξ=0.3~5.0；

χ为经验参数，由金属带材厚度取得，χ=-0.75~0.0；

A为金属带材对激光的吸收率。

本方法还包括通过加热点温度反馈对激光输出功率F进行修正的步骤，利用温度传感器测量加热点温度，得到加热点实测温度T_h*，并做出如下选择，