三維激光切割技術在車輛制造中的應用

程佩娟 李學功

（1.沈陽理工大學理學院物理教研室，遼寧 沈陽 110159；2.沈陽理工大學汽車與交通學院車輛工程教研室，遼寧 沈陽 110159）

車輛制造行業本身便是一個集中了高新技術的行業，隨著社會經濟發展和人民生活水平的提高，人們對于車輛的要求也在不斷地增加，不但要求實用，還要求比較得美觀，車輛更新速度也非常的快，以往的切割方式精度和效率比較低下，很難滿足車輛制造的實際需要。三維激光切割技術的應用很好地滿足了車輛制造的需要，這便要求我們必須合理地將三維激光切割技術運用到車輛制造中去，將其優勢更好的發揮出來。

1 三維激光切割技術優勢分析

當前三維激光切割技術已經很好地運用到了車輛制造中去，并且其優勢也是其他切割設備無法替代的，想要將三維激光切割技術的優勢更好的發揮出來，我們便必須對其優勢有一個全面地了解。

1）使用材質配件比較多。三維激光切割技術能夠進行低碳低合金鋼、耐大氣腐蝕鋼、高強鋼、奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和鋁合金等材料的切割，切割的材料非常廣泛，能夠很好地滿足車輛制造的需要[1]。

2）加工精度比較高。和其他切割設備相比，三維激光切割設備的加工精度比較高，通過對比可以發現，三維激光切割設備的加工精度是其他加工設備的五倍到十倍，能夠很好地滿足高精度配件加工的實際需要。

3）割縫的寬度比較狹窄。割縫的細小能夠很好的減小配件之間的距離，能夠切實提高材料本身的利用效率，切割的過程中出現的切割渣也會比較少，現在很多數控精細等離子切割機割縫寬度大概在0.15毫米到6毫米之間，在實際生產的時候，等離子切割機割縫寬度一般在5毫米到6毫米之間[2]。

4）材料的利用率比較高。在切割配件的時候，三維激光切割設備能夠進行同材質和同板厚的不同配件的套裁，并且能夠很好的使用材料的邊角余料，切實提高邊角余料使用的效率，節約大量的材料。

5）切割粗糙度值比較低。三維激光切割設備在進行同一材質配件切割的時候，和其他設備相比，其切割粗糙度值比較低，并且整體的外觀質量比較高。比如，在進行鐵路貨車制造的時候，和其他數控切割設備相比，三維激光切割的斷面粗糙值最低。在氧氣狀態下進行六毫米鋁合金零件切割的時候，三維激光切割的切割面比較光滑，在氮氣狀態下其切割的質量會更高。

6）熱影響區比較小。進行三維激光切割的時候，被切割材料邊緣受熱的情況下，會出現熱影響區，但是和其他切割方法相比，三維激光切割的能量集中熱輸入比較小，和精細等離子切割以及火焰切割相比，其熱影響區比較小，熱輸入比較小會給受熱容易晶粒長大的鐵素體不銹鋼以及那些容易出現淬硬傾向高強鋼的意義非常重要，能夠切實提高焊縫本身的質量[3]。

2 三維激光切割在車輛制造中的應用分析

1）三維激光切割工作機理分析。和二維激光切割相比，單位激光切割需要不停的進行激光切割頭姿勢的調整，確保激光切割頭所處的位置和工件表面垂直，切實提高切割的質量。通過三維激光切割設備進行切割，能夠讓激光較為自動地適應沖壓件彈性變形導致的誤差，切割的時候，可以通過電容傳感器來確保噴嘴和工件距離為某一常量，確保傳感器可以利用數控程序來自動地進行切割頭和工件距離的調整。在生產的時候，三維激光切割程序需要先做好零件的三維建模工作，然后將其導入到三維編程系統中去，并進行路徑的生成，并可以根據零件的特征和工裝的特征來通過手工的手段進行調整，避免出現切割頭碰撞的情況，整個操作的過程比較復雜，工作的時候整個量會比較的大[4]。三維激光切割器中的切割頭往往存在電容式傳感器，在工作的時候，能夠和零件形狀比較相符，保證其和零件所處的距離一定，能夠很好地來切割，所以，零件曲面變化不劇烈的前提下，通過三維激光切割機二維編程便能夠很好地滿足生產的實際需要。

2）三維激光切割技術在鋁合金動車組制造中的使用。在鋁合金動車組司機室蒙皮切割中，三維激光切割技術的應用比較廣泛，切主要是進行套料的切割。司機室蒙皮往往是結構為空間曲面的鋁合金薄板材，比較適合通過三維激光技術來切割，在成形后，需要通過三維激光切割來套料，和帶鋸機劃線鋸切相比，三維激光切割無論是生產效率還是切割的精度都更加的高。

3）三維激光切割技術在不銹鋼地鐵制造中的應用。在不銹鋼地鐵制造中，三維激光切割技術主要是端門立柱、橫梁、內層筋板等缺口和眼孔的加工中應用，也會用到盲窗筋板套料中去[5]。有些零件本身便是梁柱結構，在距離折彎線比較近的位置需要進行六角形鉚釘孔的開設，如果下料的時候直接開孔，在出現折彎后很容易出現眼孔變形的情況，受到設計結構的影響，有些零件本身的折彎翻邊的尺寸比較小，甚至有些無法直接地進行折彎，對于這些部件往往需要先進行折彎，然后通過三維激光技術來切割。有些模具擠壓成形零件，進行落料模具設計的時候，其設計和制造的成本往往都比較高，并且制造所需要的周期比較長，若是通過三維激光技術來加工眼孔和套料，那么不但會節約大量的資金，還能夠縮短制造的周期。

3 給三維激光切割質量造成影響的主要因素

三維激光切割技術的精度比較高，這種情況出現的原因在于三維激光切割機的制造精度比較高，激光切割質量評價指標比較多，比如掛渣、過燒、切口寬度、表面粗糙度和切口錐度等等。給激光切割質量造成影響的因素主要包含了焦點的位置、切割的速度、切割的功率以及切割的氣壓等。在生產的時候，我們往往會根據工件本身的材料、曲面復雜程度、材質來進行切割參數的設置。若是參數選擇的比較合理，那么切割質量也會有明顯的提高。

4 結語

隨著社會經濟發展，三維激光切割技術在車輛制造中的應用已經比較廣泛，當前已經實現了生產的批量化，并且也成為企業非常重要的生產加工方法。三維激光切割技術在生產效率提高、制造周期縮短、模具種類減少以及模具數量減少方面的作用非常突出，這也能夠幫助企業更好的參與到市場競爭中去。在制造業發展中，柔性制造是非常重要的趨勢，三維激光切割技術實現了高度柔性化，其在制造業中所占據的位置也會愈加重要，這便要求在車輛制造過程中，我們必須重視三維激光切割技術的使用，將技術的作用發揮出來，不斷的降低生產成本。