道尔公司（Doyle）使用辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）制造的CL-940光纤激光切割机替换了他们原有的两台旧的1500W和3000W CO2激光切割机，这一改变马上就将生产的干散货物料处理设备组件的处理加工时间从64小时缩短到4小时。这种光纤激光切割机不仅降低了运营的成本，同时还帮助该公司在保持使用现有制造技术的基础上提高了生产效率。“我们从使用空气辅助光纤激光切割机中得到的结果使得我们公司对于使用新的创意、设备和技术的态度更加开放。”Rumple先生说。“现在，我们把关注的重点放在了如何才能选择合适的材料以及合适的设备来得到最有效的结果。”（见图1）

 

道尔公司（Doyle）的工厂位于密苏里州的巴尔米拉（Palmyra），这个是第四代家族企业了，专门生产优质的用于干肥料混合、输送、维护和处理的设备。该公司由梅尔 • 道尔先生（Merle Doyle）创立，他是一位肥料处理设备行业创新的领袖人物，并且自1961年引入第一台旋转式搅拌机开始，道尔公司（Doyle）已经成为了生产干肥料批量混合机的主要制造商。

 

现在，道尔公司（Doyle）的150多名员工正努力为干化肥行业全球的客户制造干散货物处理设备，并且它的垂直综合产品线还包括输送、混合、维护和处理设备。该公司能够生产超过11,000种组件，每年的产量达到10,000件。超过90%该公司生产的组件——主要是不锈钢——都是通过激光加工进行制造的，因此高效的激光切割是降低成本效益的一个关键因素。

 

更高的产量

 

用激光来对不锈钢进行切割，大多采用高压氮气与激光束同轴注入的方法以吹走熔融的金属而使得切割表面不会形成任何的氧化物。这是一个很好的方法，但是与传统的氧气切割相比成本更高。能够替代纯氮的一个方法是使用过滤后的车间压缩空气，它由78%的氮气组成。在激光切割中使用过滤后的压缩空气比使用氧气或氮气的速度更快——一般为300ipm到320ipm，并且尽管需要对一些设备、过滤、压缩空气进行一定的初始投资，但是其长期的成本相对于“传统”的辅助气体成本来讲还是较低的。激光能源现在正处于一个焦点的位置，并且使用压缩空气能够在金属的表面产生等离子体球，其效果类似于使用电力的数控等离子切割机所产生的切割效果。等离子体传输热量的效果比光线更有效。

 

压缩空气辅助切割同时也能达到与使用氧或氮气进行组件切割相同的边缘质量。切割的边缘需要足够地清洁才能使得大多数的粉末涂料能附着上去，不需要再进行二次清洗。在第一次选择使用压缩空气进行辅助激光切割时，谐振器的大小是一个重大的限制。然而现在高瓦数激光切割机——一般为4000W以上——使得空气辅助成为了切割钢材、不锈钢和厚度高达1/8英寸铝材的有效方法。具有6000W谐振腔的激光切割机甚至可以切割厚度最高达到3/8英寸的材料。

 

Rumple先生和道尔公司（Doyle）的团队意识到将空气辅助切割应用在光纤激光器上的可能性，并且将其直接应用在了辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）的测试实验上。“我们认为这是可行的，但不知道应该使用哪种材料以及材料所能达到的厚度。” Rumple先生说。“我们还认为低压的车间压缩空气将会是一个限制的因素，因此我们决定使用正常的空气进行切割测试，看看是否能够奏效。”为了使用现有的100 psi的车间空气，该公司通过在高压接收器、过滤器和冷冻干燥机上添加一个高压增压机（最大能达到450 psi）以及过滤器，最终得到350 psi符合清洁标准的干燥空气用于激光切割（见图2）。

 

“我们花了五个小时来测试所有的组件和材料，并且对结果非常满意，” Rumple先生说。“我们所担心的问题是组件切割后的焊接质量。我们需要一个干净、清洁的边缘来进行焊接,并且这些处理在使用空气辅助的光纤激光切割机上达到了完美的效果。”道尔公司（Doyle）现在已经开始使用高压空气辅助的方法切割他们四分之一英寸厚的304不锈钢来制造18级规格的产品，以及使用规格为10的低碳钢来制造14级规格的产品。只有在切割1/4英寸厚的低碳钢时，光纤激光切割机还是会使用少量的氧气来进行操作。“我们95%的光纤激光切割都是使用车间空气来对不锈钢进行切割”，他补充道。

 

除了能够获得更高的产量，新的光纤激光切割系统也由于空气相比于氮气成本更低，也能节省很大一部分的成本。Rumple先生说，氮气系统需要大功率的50HP压缩机来生成必要的压力，用了空气辅助后，现在只需要使用15HP的压缩机就能达到同样的效果（图3）。“我们现在运行光纤激光切割机的成本每小时还不到4美元，使用空气作为辅助气体相比氮气约便宜了90%，”Rumple先生说，“并且辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）在激光镜头的上方和下方添加了一个盖子，延长了镜头的使用寿命。镜头的更换成本通常是光纤激光设备中的第二大成本，现在这也不再是一个问题了。”

 

始于一台折弯机

 

光纤激光系统并非道尔公司（Doyle）与辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）共同研发的第一台设备。该公司与辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）的“伙伴关系”始于90年代后期，从他们购买了一台能将半英寸厚的低碳不锈钢弯曲成型的230吨折弯机开始。从那时起，道尔公司（Doyle）在他们位于昆西（Quincy）的工厂分别添置了一台辛辛那提生产的135吨和90吨的折弯机，并也在巴尔米拉（Palmyra）的工厂也添置了一台135吨的折弯机。2011年末，这家工厂还引入了一台5000W的辛辛那提CO2激光切割机以此来提高吞吐量和缩短交货期。

 

“该工厂通过切割一英寸厚的低碳钢以及四分之一英寸厚的304不锈钢来制造我们所有14级规格的产品，” Rumple先生说。“我们和辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）合作得很愉快，并且是合作伙伴关系。

 

我们提出了很多希望能在他们设备上能够实现的要求，他们会进行反馈，并会去实现它。操作人员通过简单学习，便能掌握如何操作这些折弯机。使用CO2激光器具有很大的灵活性，因为它也可以切割木材和ABS材料。（见图4）

 

道尔公司（Doyle）也使用辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）的软件模块来提高激光和折弯机的性能。“我们希望能够在设备上进行组件的简单切割，这些软件能够帮助我们做到这一点，”Rumple先生说：“我们通常在研发组件/产品时使用弯曲模拟器，它能让操作过程变得简便。”

 

使用空气辅助激光切割机的成功促使道尔公司（Doyle）又订购了第二台光纤激光切割系统，并于2015年7月交付使用。这台设备安装在该公司位于巴尔米拉（Palmyra）新的195,000平方英尺的工厂中。