激光切割技術在軟模件上的應用

2022-05-28 07:56:14于子秋

汽車工藝師 2022年4期

于子秋

北京汽車研究院北京 100300

隨著汽車行業發展越來越迅速，軟模開發的零部件越來越多，軟模件的優勢就是快速、成本低。考慮到軟模件成本低、周期短、數量少的特點，軟模件制作時不需要投入修邊沖孔模具，通常采用激光切割技術。

軟模件的激光切割在樣車白車身制造中作用不必過多描述，首先它是白車身制作的第一步，軟模件切割尺寸（定位孔切割尺寸精度）的準確性直接決定著白車身是否能夠順利制造出來，而且也直接影響著白車身總成的精度。因此，軟模件激光切割技術在樣車白車身制造中、量產工裝未制造出來之前及產品沒有凍結階段應得到充分地利用與推廣。

激光切割概述

1.技術特點

激光切割工藝的優點表現在精度高、切割熱影響區小、切割快速及切口平滑等方面。

1）由于激光刀頭的機械部分與工件無接觸，切割熱影響小，板材變形小，因此在切割汽車零部件復雜的形狀時，更能體現切割變形小的優勢。

2）激光切割采用數控編程，板件切割重復性好，切割精度高，切割精度±0.2mm，完全可以滿足軟模件切割精度（安裝孔、面及邊輪廓±0.5mm）要求。

3）切縫窄（0.1～0.3mm），切口沒有機械應力，沒有模具切除產生的剪切毛刺，切邊輪廓平滑，無需后序打磨處理。

4）速度快，是線切割的100倍，無需制作切邊模具。因此在開發新產品時，可節約工裝成本，縮短樣件制作周期。

2.激光切割原理

激光切割機是將從激光器發射出的激光，經光路系統聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到零部件表面，使被切割部位金屬達到熔點或沸點，同時與光束同軸的高壓氣體將熔融物質吹除，從而實現對零部件的切割。激光束與零部件相對移動，零部件形成切縫，達到切割零部件邊緣的目的。切割時的工藝參數（切割速度、激光器功率、氣體壓力等）及運動軌跡均由數控系統控制，激光切割屬于熱切割技術。

3.激光切割機主要參數

工作平臺尺寸：1300mm×2500mm；

切割鏡頭焦距：80mm；

最大激光輸出功率：500W；

頻率：500Hz；

電源脈沖參數：0.5～2ms；

制冷功率：4W；

設備重復定位精度：±0.03/300mm；

空程速度：0～20 000mm/min；

切割速度：0～15 000mm/min。

激光切割與常規切割優缺點比較見表1

表1 激光切割與常規切割優缺點比較

激光切割應用

在準備激光切割板件之前，應根據產品數據對需要切割的孔和切邊輪廓進行編程，做好切割前準備。軟模件激光切割流程如圖1所示。

圖1 軟模件激光切割流程

1.激光切割治具

做好激光切割定位治具，治具定位要求穩定可靠，切割過程中不因激光切割而有竄動，考慮到成本，治具材料通常有金屬和石膏材料2種。目前，考慮到薄板金屬材料在治具應用上能夠重復利用，因此在治具制作時使用較多。

如圖2所示，將成形好待切割的鈑金件放在治具上，并檢查放置軟模件時，軟模件在治具上的穩定性，要求軟模件不能有晃動，避免因放置因素影響切割精度。

在激光切割之前，需要脈沖穿孔，然后從小孔處開始進行激光切割。穿孔的位置一般不設置在產品型面上，可以放在切割孔中心或產品輪廓外工藝補充型面上。脈沖穿孔一般采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化，可以用氮氣作為輔助氣體，以降低因放熱氧化使孔擴展的程度，氣體壓力較切割時小。每個脈沖激光只產生小的微粒噴射，逐步深入，一直到穿孔完成。

在薄板上穿孔時，可以用正常的輔助氣體壓力，激光束照射0.2～1s就能貫穿工件，然后即可轉入切割；當零部件較厚（如板厚＞2mm）時，采用氣體壓力穿孔，在零部件表面上會形成比較大的熔坑缺陷。熔坑不但影響切割質量，而且熔融濺出物可能損壞透鏡或噴嘴。因此，應適當增大輔助氣體的壓力，同時增大噴嘴的孔徑以及與零部件的距離。這種方法使氣體流量增加，切割速度降低。

用連續激光切割帶有銳角的零件時，如切割參數匹配或操作不當，在銳角的轉折處很容易發生自燒熔，不能形成轉角處的尖角。燒熔會使該部位的質量變差，而且還會影響隨后的切割質量，因此可采用調整合適的切割參數，消除燒熔缺陷。在脈沖激光切割時不存在銳角轉折處的燒熔問題。