論激光切割在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用

摘 要：激光是一種因“工作物質(zhì)”受到外界刺激從而產(chǎn)生偶然的自發(fā)輻射現(xiàn)象，使光子放大及振蕩而產(chǎn)生的一種特殊光。由于激光具有高方向性、高亮度、高單色性、高相干性等特性，使激光在工業(yè)生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。如激光切割、激光焊接、激光雕刻、激光打孔、激光打標(biāo)等等，激光切割也成為目前最有發(fā)展空間的領(lǐng)域之一。尤其，三維激光切割機(jī)的出現(xiàn)，給汽車制造業(yè)帶來了新的生機(jī)與活力。本文將重點(diǎn)介紹，三維激光切割機(jī)在汽車白車身熱成型沖壓工藝制造的高強(qiáng)度鋼在切割中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：激光切割;汽車制造;應(yīng)用

一、激光切割原理

激光切割是利用激光器產(chǎn)生的激光，經(jīng)過光纖的傳導(dǎo)和反射鏡的反射，最后經(jīng)聚焦鏡聚焦使能量高度集中于直徑約1毫米的光點(diǎn)照射到切割板材上，將板材瞬間加熱到幾千度的溫度，使材料熔化或者氣化，然后經(jīng)過高壓氣體將熔渣吹掉，從而達(dá)到切割的目的。

二、汽車制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

隨著人類工業(yè)的發(fā)展，地球環(huán)境遭到越來越嚴(yán)重的破壞;尤其是汽車尾氣的排放，是造成人類呼吸道疾病發(fā)病率連年升高和全球變暖的罪魁禍?zhǔn)?各國政府對(duì)環(huán)境保護(hù)越來越重視，認(rèn)識(shí)到環(huán)境的惡化會(huì)威脅到人類的生存，也已達(dá)成共識(shí)，對(duì)未來汽車排放的標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格。所以降低汽車尾氣的排放是當(dāng)前汽車制造業(yè)面臨的首要難題。未來汽車發(fā)展的方向主要有兩個(gè)：一是發(fā)展電動(dòng)汽車;二是汽車輕量化方向。而電動(dòng)汽車要經(jīng)過幾十年的發(fā)展才能完全取代燃油汽車，所以“汽車輕量化”是當(dāng)前節(jié)能減排能采用的主要手段，也是汽車制造業(yè)主要的發(fā)展趨勢(shì)。

三、三維激光切割機(jī)在汽車行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

近年來出現(xiàn)的熱沖壓成型技術(shù)，在汽車白車身上得到越來越廣泛的應(yīng)用。為什么熱沖壓零件能達(dá)到減重的效果呢？給大家舉個(gè)例子，就能一目了然，因?yàn)橹捌囍圃觳捎玫睦錄_壓零件3mm的強(qiáng)度能達(dá)到1000Mpa;而2mm的板材采用熱沖壓工藝生產(chǎn)之后，使材料的金相組織發(fā)生變化，從鐵素體變成完全馬氏體，沖壓成型后的零件強(qiáng)度達(dá)到1500Mpa;相同的零件從3mm的板材變成2mm板材，而強(qiáng)度比之前的更高，從而達(dá)到減重的效果。

但是高強(qiáng)度鋼零件的普遍應(yīng)用，給沖切模帶來了極大的困難。由于車身大部分零件對(duì)孔位置精度的要求是±0.2mm，熱成型后的零件在進(jìn)行沖孔主要有以下幾種缺陷：1、熱成型后的零件經(jīng)二次沖壓，很容易使零件開裂和疊料。2、二次沖壓后，很容易使零件變形。3、沖切模沖出來的孔位置精度達(dá)不到要求。4、沖孔沖頭用一段時(shí)間，磨損嚴(yán)重，使沖出的孔發(fā)生變形。5、沖出來的孔和修邊經(jīng)常有毛刺，需要進(jìn)行二次加工，需要打磨去毛刺。6、由于零件強(qiáng)度高，沖頭經(jīng)常斷裂，需要經(jīng)常更換沖頭。7、后期模具維護(hù)維修和保養(yǎng)費(fèi)用高。

三維激光切割機(jī)的應(yīng)運(yùn)而生，很好的解決了沖切模的這些缺陷。三維激光切割機(jī)由于可以五軸聯(lián)動(dòng)，對(duì)復(fù)雜的三維零件也可以進(jìn)行很輕松的加工。而激光切割加工出來的零件有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：1、切割斷面平整光滑，無毛刺，無需進(jìn)行人工打磨。2、孔位和修邊切割精度高，加工誤差在0.01mm左右。3、切割出來的零件質(zhì)量好，無接觸切割，切邊受影響很小，不存在工件變形現(xiàn)象，避免材料沖切時(shí)產(chǎn)生開裂和疊料。4、不損傷工件，激光切割頭不與零件表面接觸，保證了零件不會(huì)出現(xiàn)劃傷。5、不受零件外形的制約，柔性好，五軸聯(lián)動(dòng)，可以加工任意形狀的復(fù)雜零件。6、不受零件強(qiáng)度和硬度的影響，可以切割任意強(qiáng)度的零件。7、不受零件形狀的限制，一臺(tái)激光切割設(shè)備上可加工萬種不同的零件，而如果用沖切模，一萬種零件就需要一萬套模具;節(jié)約模具投資，降低了投資成本。8、沒有模具損耗，無需修理模具，節(jié)約模具維護(hù)和保養(yǎng)成本，從而節(jié)省了加工費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本。9、可以縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，新產(chǎn)品的試制，一般數(shù)量少，結(jié)構(gòu)不確定，不用制造模具，降低浪費(fèi)。

四、三維激光切割機(jī)在汽車白車身上的應(yīng)用

如上圖所示，該零件是汽車前門和后門之間的B柱，這個(gè)零件是采用熱沖壓工藝加工完成的高強(qiáng)度零件，零件強(qiáng)度達(dá)到1500Mpa。正面和側(cè)面有二十幾個(gè)孔需要沖切加工。切孔的數(shù)量太多，而且孔的形狀各異，孔徑尺寸也各不相同。若采用常規(guī)模具來沖裁的話，模具比較復(fù)雜，并且沖頭相對(duì)太多，投資花費(fèi)較多，而且后期的模具維修保養(yǎng)頻率和費(fèi)用也較高，會(huì)占用大量的時(shí)間和人力，而且還會(huì)產(chǎn)生大量的不合格品，影響產(chǎn)品質(zhì)量，還要有專門的質(zhì)檢人員進(jìn)行檢驗(yàn)，和大量的返修人員進(jìn)行返修，以防止不合格品流出。而采用三維激光切割機(jī)，則不會(huì)產(chǎn)生這些缺陷，還可以帶來以下幾點(diǎn)好處：1、確保加工工件的產(chǎn)品質(zhì)量，工件孔位精度高，重復(fù)定位精確度可靠，并且這種無接觸加工可以避免零件發(fā)生變形，避免客戶抱怨。2、節(jié)省操作工人與設(shè)備的占用;采用激光切割加工，程序調(diào)試完成之后，只需要一名工人就可以完成取件、上件、下件等一系列工作;節(jié)省了人工成本和廠房投入的資本。如果用模具來實(shí)現(xiàn)最少需要3套模具，3臺(tái)沖壓設(shè)備和3名操作工人。3、操作簡(jiǎn)單容易掌握，工人容易學(xué)會(huì)，而且不容易犯錯(cuò)誤，節(jié)省生產(chǎn)加工時(shí)間，同時(shí)也減低了零件的廢品率;根據(jù)時(shí)間，該零件一天可以加工500套，并且工人工作強(qiáng)度小，生產(chǎn)效率高;如果采用模具來加工，正常情況下也可以生產(chǎn)500套，但是每套零件工人需要重復(fù)上下件3次，大大降低了生產(chǎn)效率;而且如果模具出現(xiàn)問題，維修、拆卸模具、調(diào)試會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力。4、避免漏切孔，而生產(chǎn)出不合格零件;激光切割機(jī)有激光探測(cè)防漏切孔功能，切完孔之后，激光頭會(huì)移動(dòng)到孔的內(nèi)部發(fā)射一束小功率激光探測(cè)孔是否切掉，如果出現(xiàn)漏切的情況，設(shè)備會(huì)發(fā)出報(bào)警，提醒操作者該部位有孔沒有切掉，從而對(duì)沒切掉孔的零件進(jìn)行返修，因此不會(huì)有不合格品流出的現(xiàn)象;如果模具出現(xiàn)漏沖，不容易被發(fā)現(xiàn)，這樣不合格品流出，若是整車完成裝配后才被發(fā)現(xiàn)，客戶會(huì)要求賠償所有損失，會(huì)給公司帶來巨大的虧損。激光切割機(jī)的應(yīng)用可以解決很多汽車零件制作的難題，并且?guī)砹撕芏喾矫娴膬?yōu)點(diǎn)。

隨著各國對(duì)汽車油耗和尾氣排放、環(huán)境保護(hù)和汽車安全方面的法規(guī)日趨嚴(yán)格，可用于高強(qiáng)度零件切割加工的激光切割技術(shù)，已經(jīng)逐漸成為提高車身安全性和實(shí)現(xiàn)汽車輕量化節(jié)能減排的可行技術(shù)方法，受到越來越多的國內(nèi)外知名汽車制造廠商的重視，已經(jīng)成為當(dāng)前汽車制造技術(shù)的發(fā)展方向之一。

結(jié)束語

綜上所述，激光切割在汽車零部件加工領(lǐng)域中有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)了汽車制造業(yè)降低成本的發(fā)展需求，提高產(chǎn)品質(zhì)量的發(fā)展趨勢(shì);隨著汽車輕量化的不斷發(fā)展，越來越多的白車身采用高強(qiáng)度鋼零件，從而達(dá)到給車身減重輕量化，降低尾氣排放的目的;這使得激光切割加工技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用越來越普遍。本文就激光切割在汽車制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了論述和分析，文中若有不足之處，歡迎廣大讀者給予指正。

作者簡(jiǎn)介：丁孝振（1986.08-），男，漢，山東省煙臺(tái)市人，本科，助理工程師，研究方向：設(shè)備及生產(chǎn)工藝管理。