西安工业集团西安铁路信号有限责任公司 西安 710100
摘要：利用激光切割加工工艺技术的特性，结合铁路信号产品特点及技术要求，通过研究，实现激光切割技术在铁路信号产品生产制造中的应用，提高铁路信号产品中复杂形状钣金件的生产效率及加工质量，降低生产制造成本，同时提高生产加工过程中的安全性。
关键词：激光切割技术，铁路信号产品，钣金件
Application of laser cutting technology in railway signal product manufacturing
WangXin
（Xi'an Industrial Group Xi'an Railway Signal Co. , Ltd. , Xi'an 710100，China）
Abstract：Based on the characteristics of laser cutting technology and the characteristics and technical requirements of railway signal products, the application of laser cutting technology in the manufacture of railway signal products is realized through research, to improve the production efficiency and processing quality of complex shape sheet metal parts in railway signal products, to reduce the production cost and to improve the safety in the production process.
Key words: Laser cutting technology, railway signal products, sheet metal parts
1引言
激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝，原理图见图1。
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图1激光切割原理图
激光切割技术与其他切割方法相比，最大优势是它具有高速、高精度和高适应性的特点，广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。激光切割板材时，不需要模具，可替代一些需要冲裁模具的冲切加工方法，有助于新产品试制，即产品改型工作中样机快速完成。目前激光切割技术已广泛地应用在汽车、机车车辆制造、航空、化工、石油化工等行业。
2激光切割技术发展及现状
在二十世纪五六十年代,板材切割加工的主要方法为:厚板采用氧乙炔火焰切割；薄板采用剪床下料；成形复杂零件大批量的板材采用冲压；自七十年代以来,随着CO2激光器及数控技术的不断发展和完善,目前已成为工业中板材切割加工的一种先进的加工方法。
当前国际上德国通快TRUMPF公司、瑞士百超BYSTRONIC和意大利PRIMA和国内的大族激光等知名公司已经开发出大功率、大幅面、高速、飞行光路、多维立体、数控自动的激光切割机。
3激光切割技术特点
3.1切割质量好
由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。
⑴激光切割切口细窄，切缝两边平行并且与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±0.05mm。
⑵切割表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激光切割可以作为最后一道工序，无需机械加工，零部件可直接使用。
⑶材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，并且工件变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。
3.2切割效率高
由于激光的传输特性，激光切割机上一般配有多台数控工作台，整个切割过程可以全部实现数控。操作时，只需改变数控程序，就可适用不同形状零件的切割，既可进行二维切割，又可实现三维切割。
3.3切割速度快
用功率为1200W的激光切割2mm厚的低碳钢板，切割速度可达600cm/min；切割5mm厚的聚丙烯树脂板，切割速度可达1200cm/min。材料在激光切割时不需要装夹固定，既可节省工装夹具，又节省上、下料的辅助时间。
为了应用激光切割技术，我们对该技术进行了详细的调研，研究分析该技术能否使用现有产品中。激光切割技术首先应用于转辙机防护罩中，通过试验证明该项技术适合于大批量，形状复杂，机加工工序较多的零部件。所以我们对铁路信号其他产品中,如道岔转换外锁闭安装装置、继电器中的适合于激光切割技术的零部件提出了工艺方案，并且验证了该工艺方案的可行性。激光切割设备见图2。
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图2激光切割设备
4激光切割技术的应用
4.1转辙机防护罩中的应用
转辙机防护罩是一个形状比较复杂零件（如图3）所示，材料是Q235B钢板，厚度为2.5mm，若采用传统的加工工艺路线：剪料、铣、钳、变形，由于零件材料较薄，存在以下加工难度：
（1）装夹难度大；
（2）加工过程中变形大；
（3）加工过程中存在安全隐患。
若采用冲工的加工方法，需要制作的模具外形很大，成本非常高；在生产过程中模具维修费用高，更换模具的过程周期太长，不适用于小批量的生产模式。
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图3防护罩简图
采用激光切割工艺后，其加工工艺路线为：激光切割、变形。采用此工艺的优点有：
（1）不用装夹，直接把钢板放置于工作台上；
（2）加工效率高，加工的表面质量高，而且一次成型，省去工序间周转；
（3）对操作人员要求低，且环保、安全、无污染；
（4）可以套料加工，节省了材料。
通过工艺试制，产品的质量、效率均得到提高，并且节约了原材料，减少了各个工序间的周转，对生产制造提供了很大的改善，目前该工艺已批量运用于生产中。
4.2外锁闭安装装置中的应用
调整片和防松片属于转辙机的道岔转换外锁闭安装装置中的零件（如图4）所示，调整片形状简单但是规格较多，厚度有0.5mm、1mm和2mm等规格，调整片传统的加工工艺路线为：剪、铣、镀。采用传统的工艺路线加工效率低，工序间周转量较大，而且装夹比较麻烦、费时。防松片的形状比较复杂，其孔是一个正多边形，形状比较复杂，传统的加工工艺为：剪、铣、线切割、镀。其工序较多，工序间周转量大，且线切割工艺效率很低，如果大批量、供货周期很短的情况下很难保证生产进度，该零件装夹难度大，需要定制特制的工装对其定位和装夹。
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图4调整板和防松片
采用激光切割工艺后，其加工工艺路线为：激光切割、变形。采用此加工工艺路线的优点有：
（1）不用装夹，直接把钢板放置于工作台上；
（2）加工效率高，加工的表面质量高，而且一次成型，省去工序间周转；
（3）加工过程环保、安全、无污染；
（4）可以套料加工，节省了材料，降低了加工成本。
通过工艺试制，达到质量提高，效率提高，材料节约的目的，该工艺已批量量用于生产。工艺改进后，调整片加工成本从16.17元/件降到10.42元/件，材料定额由0.46Kg/件减少到0.35Kg/件；防松片加工成本从17.3元/件降到11元/件，材料定额由0.21Kg/件减少到0.17Kg/件，经济效益显著。
4.3继电器动、静接点周转架中的应用
继电器动、静接点焊接完银接点后，在组装前要对接点部分进行清洗和浸涂，要达到在周转与操作过程中不能磕碰、导致片子划伤且操作方便的要求。在这个过程中就需要大量、专用且制作精致的周转器具。所以对该批的周转器具（如图5）所示的设计和制造质量提出较高要求。为了满足高质量，实现设计的尺寸精度要求，采用激光切割工艺进行加工。
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图5继电器动、静接点周转架
按照传统的机加工方法效率低而且需要工序间周转，加工过程产生的热量容易引起薄壁板件的变形。采用冲工加工，需要制作的模具外形很大，制作成本高，在生产过程中模具维修费用高，更换模具的过程周期太长。
采用激光切割工艺的优势：
（1）激光切割加工的过程中不会使零件产生变形；
（2）尺寸公差在图纸要求的范围内；
（3）加工效率远远大于传统的加工方法；
（4）减少周转，一次加工成型。
该批周转器具经过激光切割加工后，断面质量及尺寸精度均超过图纸要求，在规定的时间内满足了生产的需求。
5结语
通过该工艺在继电器、转辙机及其道岔转换外锁闭安装装置部分零件中的应用，使得零部件的加工质量和效率得到很大的提高，节约了原材料，降低了加工成本。该工艺主要适用于形状复杂、传统加工工序较长的钣金件，对于批量较大、结构简单的零部件可以考虑其他的加工方式。现在批量生产已经运用了激光切割工艺，从市场方面来说，目前国内的激光切割技术还不是特别先进，应用也不是很广泛。大部分行业还采用传统的加工工艺方法，生产效率低，产品质量不高，受外在因素影响较大。通过本次实际的生产应用总结经验，不断改进和完善该工艺，陆续推广到其他产品的零部件生产上，并将该工艺作为提高生产效率、材料利用率、降低成本的切入点继续对类似零件进行工艺改进。
参考文献
[1]赵殿甲.激光切割技术的应用与发展.《煤矿机械》,2006.
[2]郝喜海，吴若梅，张继红.激光切割技术在机械制造中的应用与发展.《机械机械》,1993.
[3]张伟，宋学亮.激光切割技术在钣金加工中的应用.《电子工艺技术》,2001.
[4]孙晓东，王松.激光切割技术国内外研究现状.《热加工工艺》,2012.