数控钣金加工机床不断发展进化，同时也带给我们更多关于精密钣金加工的思考。打造一个完美的零件，需要用激光切割机还是冲压成形设备，或者两者兼备的复合设备？正如新时代对于复合型人才的渴求一样，国内市场对于激光冲裁复合机的需求也日趋旺盛。
数控冲床能快速加工带有密集孔的零件。光纤平面激光切割机在这个方面也毫不逊色。哪种机床更适合加工这种零件？激光冲裁复合机再次成为新的焦点。激光冲裁复合机能完美融合冲压和激光两种工艺的优势，并将其发挥到极致。高速的激光切割配上多功能的三维成形能力，能明显减少对于二次加工的需求。最重要的是不需要人工干预，即可在激光切割和冲压加工之间快速切换，从而使得加工效率明显提高。
当然，激光冲裁复合加工并不是对于每一种产品加工而言，都是最完美的解决方案。钣金加工企业首先应该有合适的产品，并且对机床加工能力了然于胸，能根据不同生产要求做出合理判断和调整。在决定是否投资复合机时，首先应该考虑的是生产效率和加工柔性。复合机是否适合企业自身的条件取决于以下五个因素：工件的轮廓复杂程度、生产的流程、精益生产、柔性生产和自动化选项。
工件的轮廓复杂程度
激光加工具有高度灵活的特点，可以加工复杂的工件。冲床是加工标准孔的最好选择，因为其只需要一个简单的冲程即可完成。一个零件如果既有特殊的成形，比如攻丝、沉孔、百叶窗等，同时还兼具复杂形状或极细的切缝需要激光切割。这样的零件，是典型的适合激光冲裁复合加工的零件。同时，零件的很多几何形状可以高效地通过单一冲床或者激光切割机加工，这种情况下，一台复合机的优势在加工一个复杂工件时发挥的淋漓尽致。
图1 为冲头预先进行冲裁和成形百叶、凸包及沉孔等特殊形状。激光紧接着切入并进行复杂轮廓切割，冲头沿Z 轴移动在已经生成的成形上切割，并始终保持最佳安全距离。图2 为通快复合机加工的样件，激光切割异形内外轮廓，冲头进行冲压成形和标准孔冲裁。
图1 冲床加工和激光加工相结合
图2 通快复合机加工的样件
生产的流程
精密钣金制造商生产的零件通常具有多品种、小批量的特征，同时还必须保证客户的工件交期。在这样的生产环境下，如何最高效且经济地生产零件就显得非常重要了。图3 为通快复合机加工的小批量跑车座椅安装调节装置，该产品材料为高强度钢，异形轮廓带凸包、滚台阶。
图3 跑车座椅安装调节装置
当然，如果生产者有一台高效高精的通快复合机，一切困难局面将得到彻底的逆转。复合机配合合理的编程及生产策略，可以取得最大的产出。在快速切割外部轮廓的同时，完成对工件的成形加工。
加工时，工具需要考虑好，带孔的工件既可以用激光切割也可以用冲床加工。一般来说，如果冲裁刀具选择正确，冲孔往往要比激光加工更加高效。但是激光切割却能获得较为光滑的断面，避免了冲裁加工中出现粗糙断裂面。生产者可以根据零件要求灵活搭配加工方案。这种灵活的加工选择对于生产者按期完成订单是很重要的。
另外，得益于激光的灵活性，客户可以省去很大一部分模具投资费用。因此复合加工可以帮助制造者合理控制模具的库存。这里值得一提的是，因为冲床加工的效率很高，工厂仍然愿意考虑投资一些包括特殊模具在内的常用模具。
精益加工
当我们考虑精益生产提升效率时，许多制造者把目光集中在这8 项：过度生产、无效等待时间、物料运输、无附加值加工、多余的库存、没有必要的运动、产品的瑕疵和未充分使用的人工。常识性的错误之一就是，一味片面地比较总体生产时间中工件的制造时间。生产者一般只会去记录激光加工、冲床加工和二次加工的时间，他们忘记计算那些不产生价值的工序时间和人工工时。精益生产的终极目标是尽量少的内部物流转运。
激光冲裁复合机能够优化此项流程，通过减少内部零件搬运，同时避免了二次再加工与再定位。一台复合机所产生的效果远远比两台单机简单相加好很多。制造商可以发现和修正整体过程中的低效率行为，其中还包括许多无法用数字去衡量的区域。
比如，厂家需要生产两块带螺纹的成形件，零件外观看起来完全相同，不过需要不同的螺纹孔。工件是同样的厚度和材质，同样的装配工序，所以他们放在一起加工。当他们进行打孔工序时，一个操作工使用手动钻孔攻丝机，然后递给另外一个操作工。一切看起来很完美，直到操作工在错误的孔上攻上了错误的螺纹。这样提升了废品率，有时还会打乱生产计划，且不得不再次补料，既耗时耗力又白白增加了生产成本。
在一台复合机上，激光可以切割零件的轮廓，冲床可以进行冲孔攻丝。在复合机上激光的切割时间有一点长，不过自动攻丝减少了二次加工的时间。更重要的是，减少了发生错误操作的概率。在这种情况下，稍微长一点的加工时间是值得的。图4 为通快复合机加工的车载电子精密零件，该零件同时需要凸包、桥行、攻丝等特殊成形。
图 4 通快复合机加工车载电子精密零件
柔性加工
毫无疑问，机器的类型会影响到制造者的工件设计。如果制造者只有一台激光机，工件将被设计成凸显激光机优势的形式。激光是一种无接触加工方式，可灵活加工任意尺寸，任意形状，但是无法提供成形加工。因此，制造者需要后道工序比如说攻丝、沉孔等。工厂负责人不仅仅要知道各个设备的能力，还要知道各道工序是怎么协同运行起来的。
同样的，冲床加工的零件也深受冲床性能的影响。设计者必须考虑到可能需要的模具，同时还要把控冲裁的边缘质量。冲床的成形能力会提供给设计者更好的创造力，切边质量有时会备受考验，从而需要后道工序进行去毛刺等清理工作，或者工件需要重新设计来达到产品的要求。
设计者可以通过复合机达到两种加工技术之间的完美平衡。激光加工可以提供优质的光滑切边质量，冲头可以提供成形加工，这样就不再需要二次加工操作。
自动化
固态激光切割，相比二氧化碳激光有着25% 的速度优势。更快的切割速度带来了更多的生产力。然而，单纯的激光切割并没有很高的灵活性，缺少冲床的零件分拣功能。激光切割机提供原材料的上料和套件的下料，然而操作工仍然需要把成品零件从板材上手动取下。很多人往往忘记将这一块时间计算在内。与激光切割加工类似，现代冲床的加工速度提升了，不仅仅是冲压加工速度本身，还有工件分拣节省下来的时间。
复合机具备冲床的自动化功能选项，包括了零件的分拣甚至是堆垛功能（图5）。复合机还可以实现原材料自动上料，零件落料槽/ 翻板落料，智能分拣和快速出料。加工完成的残料会被传送带运送到废料收集筐中。操作人员可以在任何时间收取分拣好的零件，哪怕机器仍然在运行中。
图5 复合加工智能零件分拣堆垛机
结束语
现在各种加工设备层出不穷，企业一时间面临琳琅满目的设备，反而让他们更难抉择。钣金生产企业需要根据他们的工件要求来决定相应的加工手段，包括工件的外形、边缘的质量要求、生产流程和生产产量等，同时还要综合考虑精益生产、柔性加工和内部物流等影响因素。
很多时候我们通常优先分析加工的速度，却忽略了二次加工可能带来的二次成本。把零件从残料上分离开和零件的转移会造成大量的时间浪费、精度损失等。减少这些工序或者用自动化替代可以显著地降低生产制造成本。
设备直接影响着钣金加工企业的竞争力，合适的设备取决于工件总体加工流程和订单的组成成分。如果工厂有对复合加工的真实需求，那么高品质的通快复合机将为企业的长久稳定发展提供优质解决方案。
作者简介：李小雄高级应用工程师，主要从事数控冲床以及复合机培训以及技术咨询工作，担任多家高端客户技术顾问，并为其提供定制化特殊解决方案，曾三次获得通快中国有限公司服务奖等殊荣。
——摘自《钣金与制作》 2020年第5期