新型插板式激光切割定位工裝的發(fā)展優(yōu)勢

賈盛宇，程遠(yuǎn)濤，鄒喜濤，徐進(jìn)彬，商凌云

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新型插板式激光切割定位工裝的發(fā)展優(yōu)勢

賈盛宇，程遠(yuǎn)濤，鄒喜濤，徐進(jìn)彬，商凌云

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

文章針對(duì)傳統(tǒng)骨架樹脂類激光切割定位工裝存在的制作工藝復(fù)雜、定位精度較差等問題，進(jìn)而依據(jù)三維模具模型設(shè)計(jì)了新型插板式定位工裝。通過對(duì)比分析兩種工裝的設(shè)計(jì)方案、激光切割工藝流程，得出新型定位工裝具有定位精度高、縮短了生產(chǎn)周期等優(yōu)勢，該技術(shù)對(duì)車身覆蓋件高效、高精度加工具有很高的工程實(shí)踐意義。

激光切割；定位工裝；車身覆蓋件

前言

隨著國內(nèi)外汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車不僅僅只是傳統(tǒng)的代步工具，人們對(duì)于汽車的舒適性及外觀要求越來越高，所以，各汽車生產(chǎn)企業(yè)之間的競爭更加激烈，每個(gè)汽車品牌車型更新?lián)Q代的周期，將決定企業(yè)效益及存活。近年來，國內(nèi)已基本掌握了汽車覆蓋件的快速樣件模具研發(fā)，這將大大縮短整個(gè)汽車的研發(fā)周期，而快速樣件模具由于周期短，結(jié)構(gòu)簡單，需要激光切割輔助才能完成整個(gè)樣件的制作[1-3]。所以，對(duì)于激光切割加工而言，一個(gè)高品質(zhì)的定位工裝是保證樣件的質(zhì)量、生產(chǎn)周期的關(guān)鍵。

1 傳統(tǒng)激光切割工裝研究現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)激光切割定位工裝制作方案

對(duì)于傳統(tǒng)激光切割定位工裝，需要根據(jù)沖壓完成后的工序件，確定型面較復(fù)雜、自由度約束較多的地方為主要特征定位點(diǎn)；然后，使用樹脂對(duì)主要特征定位點(diǎn)與支持結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘接固化形成定位型面；最后，通過鋼筋、鋼管等材料焊接支持結(jié)構(gòu)，且支持結(jié)構(gòu)需避開切割線，以免在切割時(shí)破壞樹脂。

如圖1傳統(tǒng)的定位工裝的特點(diǎn)是根據(jù)樹脂固化后的型腔定位工序件的位置，其重復(fù)定位精度較差[4]。而且，需要工序件沖壓完成后進(jìn)行制作，其工序并行性較差，進(jìn)而制約快速樣件的制作周期。

圖1 傳統(tǒng)定位支架制作過程

如圖1（a）為某樣件選取特征定位點(diǎn)，（b）為利用樹脂對(duì)選定定位點(diǎn)與支持結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘接固化，（c）為粘接固化后形成定位型面，（d）為最終定位效果。

1.2 基于傳統(tǒng)定位工裝激光切割工藝流程

利用傳統(tǒng)定位工裝對(duì)工序樣件進(jìn)行激光切割的工藝流程為：首先，傳統(tǒng)定位工裝根據(jù)沖壓完成后的工序樣件運(yùn)用翻制工藝制作完成；然后，將標(biāo)準(zhǔn)工序樣件放在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行畫基準(zhǔn)體系；最后，激光切割機(jī)通過基準(zhǔn)體系找正坐標(biāo)系，經(jīng)過反復(fù)仿真模擬激光切割避免干涉，最終完成激光切割編程。

從以上激光切割工藝流程可以看出，傳統(tǒng)定位工裝需要等待工序樣件沖壓完成后進(jìn)行制作，進(jìn)而影響整個(gè)樣件的切割效率，下面以側(cè)圍激光切割編程為例，具體各工藝周期如表1所示。

表1 側(cè)圍激光切割各工藝周期

根據(jù)上表可知，完成側(cè)圍激光切割工藝周期為4天。

1.3 傳統(tǒng)定位工裝存在的問題

根據(jù)傳統(tǒng)定位工裝的制作方案、制作工藝可知，其主要存在的問題為：

（1）傳統(tǒng)支架由鋼筋、鋼管焊接而成，在嫁接樹脂，其易變型、重復(fù)定位精度低、易損壞、不易保存；

（2）定位點(diǎn)完全根據(jù)工序件型面的特點(diǎn)選取，隨機(jī)性大。

根據(jù)傳統(tǒng)定位工裝的激光切割工藝流程可知，其主要存在的問題為：

（1）若使用傳統(tǒng)工裝切割樣件必須準(zhǔn)備基準(zhǔn)樣件，需要數(shù)控加工中心進(jìn)行配合生產(chǎn)，加大了成本的投入；

（2）因?yàn)楣に嚵鞒痰南拗?，定位工裝的制作成為了減少整個(gè)生產(chǎn)周期的瓶頸。

2 新型激光切割工裝設(shè)計(jì)方案

2.1 新型激光切割定位工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型插板式定位工裝可避免傳統(tǒng)定位工裝存在重復(fù)定位精度低、易損壞等劣勢，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案為：首先，利用三維數(shù)模軟件，根據(jù)模具型面設(shè)計(jì)插板式定位結(jié)構(gòu)[5]；然后，根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)使用激光切割機(jī)加工插板；最后裝配各部分插板完成支架制作。

新型插板式定位工裝制作要求為：底板與機(jī)床平臺(tái)完全貼合，設(shè)計(jì)為長方形；插板以50mm為增量，間距在50mm~ 200mm之間；并且設(shè)計(jì)底板插槽及插板插腳。如圖2與圖3為某加強(qiáng)件的定位工裝三維數(shù)模與實(shí)物。

圖2 某加強(qiáng)件定位工裝及產(chǎn)品定位數(shù)模

圖3 某加強(qiáng)件定位工裝及產(chǎn)品定位實(shí)物

對(duì)于側(cè)圍等大型制件時(shí)，可以設(shè)計(jì)多個(gè)支撐區(qū)域，以提高定位精度，同時(shí)可避免局部回彈的影響，提高樣件切割質(zhì)量。圖4與圖5為側(cè)圍的插板式定位工裝實(shí)物圖。

圖4 右側(cè)圍定位工裝

圖5 激光切割右側(cè)圍

2.2 基于新型定位工裝激光切割工藝流程

利用新型定位工裝對(duì)工序樣件進(jìn)行激光切割的工藝流程為：首先，根據(jù)模具三維數(shù)據(jù)進(jìn)行插板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，虛擬裝配；然后，根據(jù)虛擬裝配模型，將基準(zhǔn)樣件上的基準(zhǔn)體系轉(zhuǎn)化到工裝上；最后基于虛擬裝配模型與激光切割坐標(biāo)系，進(jìn)行反復(fù)仿真模擬激光切割避免干涉，最終完成激光切割編程。

從以上激光切割工藝流程可以看出，新型定位工裝完全利用三維設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)，避免了傳統(tǒng)定位工裝根據(jù)工序件進(jìn)行制作完成后，進(jìn)行激光切割編程的流程限制，大大縮短了樣件制作周期。下面以側(cè)圍為例，具體各工藝周期如表2所示。

表2 側(cè)圍激光切割各工藝周期

根據(jù)表2可知，基于新型定位工裝的激光切割編程完成需要5天，因模具的鑄造周期在10以上，所以新型定位工裝在模具鑄造完成之前就可以制作完成。所以，相對(duì)于傳統(tǒng)定位工裝，新型定位工裝的樣件激光切割周期可以縮短6天以上。

3 新型激光切割工裝的優(yōu)勢

通過對(duì)比傳統(tǒng)定位工裝的制作方案、制作工藝可知，新型激光切割定位工裝的主要優(yōu)勢為：

（1）新型工裝采用正向設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用三維數(shù)模軟件設(shè)計(jì)支撐截面、裝配插槽及工裝定位；

（2）新型工裝采用交叉拼接、一體焊接的形式，故其不易變形，重復(fù)定位精度高，修整量小。并且，可以根據(jù)工序件的實(shí)際大小設(shè)計(jì)多個(gè)小單元進(jìn)行組合應(yīng)用，解決了一體大型工裝不易存放、移動(dòng)等問題。

通過對(duì)比傳統(tǒng)定位工裝的激光切割工藝流程可知，新型定位工裝激光切割工藝流程的主要優(yōu)勢為：

（1）新型工裝切割樣件不需要使用基準(zhǔn)樣件，從而節(jié)省了數(shù)控加工中心的輔助工作，并且整個(gè)工裝都由薄板制成，無需其他材料，很大程度上的縮減了生產(chǎn)成本的投入；

（2）新型工裝設(shè)計(jì)、制作，程序的編寫均可在模具設(shè)計(jì)后進(jìn)行，與傳統(tǒng)模式相比，改變了試制件的生產(chǎn)流程，大大的縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)比傳統(tǒng)激光切割定位工裝與新型定位工裝的制作方案，得出新型工裝采用正向設(shè)計(jì)，不易變形，重復(fù)定位精度高，修整量小。通過對(duì)比傳統(tǒng)定位工裝與新型定位工裝的激光切割工藝流程，得出新型定位工裝制作成本低，縮短了樣件的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。

[1] 姚遠(yuǎn).激光加工技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料, 2004(02).

[2] 陳濤,王智勇,陳鎧等.激光加工技術(shù)在汽車車身大型覆蓋件中的應(yīng)用[J].中國機(jī)械工程,2002(01).

[3] 梅麗芳,陳根余,劉旭飛等.車身覆蓋件的三維激光切割工藝[J].中國激光,2009(12).

[4] 馬勇斌,甘中明,邵曉東.汽車沖壓件激光切割新型定位支架的開發(fā)和應(yīng)用[J].裝備維修技術(shù),2006(04).

[5] 陳根余,黃豐杰,劉旭飛等.三維激光切割技術(shù)在車身覆蓋件制造中的應(yīng)用與研究[J].激光雜志,2008(03).

Development Advantages of New Plug-in Laser Cutting Positioning Tooling

Jia Shengyu, Cheng Yuantao, Zhou Xitao, Xu Jinbin, Shang Lingyun

( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

The traditional framework resin laser cutting positioning tooling has some problems, such as complicated manufacturing process and poor positioning accuracy, and then a new plug-in laser cutting positioning tooling is designed according to the three-dimensional mold model. By comparing and analyzing the design schemes of the two fixtures and the laser cutting process of the two fixtures, it is concluded that the new positioning tooling has the advantages of high positioning accuracy and shortening the production period, etc. This technology has high engineering practical significance for efficient and high-precision machining ofauto-bodypanel.

laser cutting;positioning tool;auto-body panel

U466

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1671-7988(2019)07-191-03

賈盛宇，高級(jí)技工，就職于華晨汽車工程研究院，研究方向?yàn)檐嚿砀采w件激光切割工藝研究。

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1671-7988(2019)07-191-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.065