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，三維激光切割機的出現(xiàn)，給汽車制造業(yè)帶來了新的生機與活力。本文將重點介紹，三維激光切割機在汽車白車身熱成型沖壓工藝制造的高強度鋼在切割中的應(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，從而達到切割的目的。

二、汽車制造業(yè)發(fā)展趨勢

隨著人類工業(yè)的發(fā)展，地球環(huán)境遭到越來越嚴重的破壞;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首;各國政府對環(huán)境保護越來越重視，認識到環(huán)境的惡化會威脅到人類的生存，也已達成共識，對未來汽車排放的標準要求越來越嚴格。所以降低汽車尾氣的排放是當前汽車制造業(yè)面臨的首要難題。未來汽車發(fā)展的方向主要有兩個：一是發(fā)展電動汽車;二是汽車輕量化方向。而電動汽車要經(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。

三、三維激光切割機在汽車行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢

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到減重的效果呢？給大家舉個例子，就能一目了然，因為之前汽車制造采用的冷沖壓零件3mm的強度能達到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度達到1500Mpa;相同的零件從3mm的板材變成2mm板材，而強度比之前的更高，從而達到減重的效果。

但是高強度鋼零件的普遍應(yīng)用，給沖切模帶來了極大的困難。由于車身大部分零件對孔位置精度的要求是±0.2mm，熱成型后的零件在進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不到要求。4、沖孔沖頭用一段時間，磨損嚴重，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，需要進行二次加工，需要打磨去毛刺。6、由于零件強度高，沖頭經(jīng)常斷裂，需要經(jīng)常更換沖頭。7、后期模具維護維修和保養(yǎng)費用高。

三維激光切割機的應(yīng)運而生，很好的解決了沖切模的這些缺陷。三維激光切割機由于可以五軸聯(lián)動，對復(fù)雜的三維零件也可以進行很輕松的加工。而激光切割加工出來的零件有以下諸多優(yōu)點：1、切割斷面平整光滑，無毛刺，無需進行人工打磨。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，保證了零件不會出現(xiàn)劃傷。5、不受零件外形的制約，柔性好，五軸聯(lián)動，可以加工任意形狀的復(fù)雜零件。6、不受零件強度和硬度的影響，可以切割任意強度的零件。7、不受零件形狀的限制，一臺激光切割設(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)約模具維護和保養(yǎng)成本，從而節(jié)省了加工費用，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。

四、三維激光切割機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，這個零件是采用熱沖壓工藝加工完成的高強度零件，零件強度達到1500Mpa。正面和側(cè)面有二十幾個孔需要沖切加工。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，并且沖頭相對太多，投資花費較多，而且后期的模具維修保養(yǎng)頻率和費用也較高，會占用大量的時間和人力，而且還會產(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)檢人員進行檢驗，和大量的返修人員進行返修，以防止不合格品流出。而采用三維激光切割機，則不會產(chǎn)生這些缺陷，還可以帶來以下幾點好處：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。如果用模具來實現(xiàn)最少需要3套模具，3臺沖壓設(shè)備和3名操作工人。3、操作簡單容易掌握，工人容易學(xué)會，而且不容易犯錯誤，節(jié)省生產(chǎn)加工時間，同時也減低了零件的廢品率;根據(jù)時間，該零件一天可以加工500套，并且工人工作強度小，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)試會耗費大量的時間和人力。4、避免漏切孔，而生產(chǎn)出不合格零件;激光切割機有激光探測防漏切孔功能，切完孔之后，激光頭會移動到孔的內(nèi)部發(fā)射一束小功率激光探測孔是否切掉，如果出現(xiàn)漏切的情況，設(shè)備會發(fā)出報警，提醒操作者該部位有孔沒有切掉，從而對沒切掉孔的零件進行返修，因此不會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)，客戶會要求賠償所有損失，會給公司帶來巨大的虧損。激光切割機的應(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。

隨著各國對汽車油耗和尾氣排放、環(huán)境保護和汽車安全方面的法規(guī)日趨嚴格，可用于高強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，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;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度鋼零件，從而達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)展趨勢進行了論述和分析，文中若有不足之處，歡迎廣大讀者給予指正。

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