三維激光切割技術(shù)在車輛制造中的應(yīng)用

程佩娟 李學(xué)功

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

車輛制造行業(yè)本身便是一個(gè)集中了高新技術(shù)的行業(yè)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)于車輛的要求也在不斷地增加，不但要求實(shí)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(shí)際需要。三維激光切割技術(shù)的應(yīng)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(shù)運(yùn)用到車輛制造中去，將其優(yōu)勢(shì)更好的發(fā)揮出來。

1 三維激光切割技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

當(dāng)前三維激光切割技術(shù)已經(jīng)很好地運(yùn)用到了車輛制造中去，并且其優(yōu)勢(shì)也是其他切割設(shè)備無法替代的，想要將三維激光切割技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更好的發(fā)揮出來，我們便必須對(duì)其優(yōu)勢(shì)有一個(gè)全面地了解。

1）使用材質(zhì)配件比較多。三維激光切割技術(shù)能夠進(jìn)行低碳低合金鋼、耐大氣腐蝕鋼、高強(qiáng)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(shè)備相比，三維激光切割設(shè)備的加工精度比較高，通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，三維激光切割設(shè)備的加工精度是其他加工設(shè)備的五倍到十倍，能夠很好地滿足高精度配件加工的實(shí)際需要。

3）割縫的寬度比較狹窄。割縫的細(xì)小能夠很好的減小配件之間的距離，能夠切實(shí)提高材料本身的利用效率，切割的過程中出現(xiàn)的切割渣也會(huì)比較少，現(xiàn)在很多數(shù)控精細(xì)等離子切割機(jī)割縫寬度大概在0.15毫米到6毫米之間，在實(shí)際生產(chǎn)的時(shí)候，等離子切割機(jī)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(shí)候，三維激光切割設(shè)備能夠進(jìn)行同材質(zhì)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(shí)提高邊角余料使用的效率，節(jié)約大量的材料。

5）切割粗糙度值比較低。三維激光切割設(shè)備在進(jìn)行同一材質(zhì)配件切割的時(shí)候，和其他設(shè)備相比，其切割粗糙度值比較低，并且整體的外觀質(zhì)量比較高。比如，在進(jìn)行鐵路貨車制造的時(shí)候，和其他數(shù)控切割設(shè)備相比，三維激光切割的斷面粗糙值最低。在氧氣狀態(tài)下進(jìn)行六毫米鋁合金零件切割的時(shí)候，三維激光切割的切割面比較光滑，在氮?dú)鉅顟B(tài)下其切割的質(zhì)量會(huì)更高。

6）熱影響區(qū)比較小。進(jìn)行三維激光切割的時(shí)候，被切割材料邊緣受熱的情況下，會(huì)出現(xiàn)熱影響區(qū)，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(xì)等離子切割以及火焰切割相比，其熱影響區(qū)比較小，熱輸入比較小會(huì)給受熱容易晶粒長(zhǎng)大的鐵素體不銹鋼以及那些容易出現(xiàn)淬硬傾向高強(qiáng)鋼的意義非常重要，能夠切實(shí)提高焊縫本身的質(zhì)量[3]。

2 三維激光切割在車輛制造中的應(yīng)用分析

1）三維激光切割工作機(jī)理分析。和二維激光切割相比，單位激光切割需要不停的進(jìn)行激光切割頭姿勢(shì)的調(diào)整，確保激光切割頭所處的位置和工件表面垂直，切實(shí)提高切割的質(zhì)量。通過三維激光切割設(shè)備進(jìn)行切割，能夠讓激光較為自動(dòng)地適應(yīng)沖壓件彈性變形導(dǎo)致的誤差，切割的時(shí)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(shù)控程序來自動(dòng)地進(jìn)行切割頭和工件距離的調(diào)整。在生產(chǎn)的時(shí)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(dǎo)入到三維編程系統(tǒng)中去，并進(jìn)行路徑的生成，并可以根據(jù)零件的特征和工裝的特征來通過手工的手段進(jìn)行調(diào)整，避免出現(xiàn)切割頭碰撞的情況，整個(gè)操作的過程比較復(fù)雜，工作的時(shí)候整個(gè)量會(huì)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(shí)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(jī)二維編程便能夠很好地滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。

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

3）三維激光切割技術(shù)在不銹鋼地鐵制造中的應(yīng)用。在不銹鋼地鐵制造中，三維激光切割技術(shù)主要是端門立柱、橫梁、內(nèi)層筋板等缺口和眼孔的加工中應(yīng)用，也會(huì)用到盲窗筋板套料中去[5]。有些零件本身便是梁柱結(jié)構(gòu)，在距離折彎線比較近的位置需要進(jìn)行六角形鉚釘孔的開設(shè)，如果下料的時(shí)候直接開孔，在出現(xiàn)折彎后很容易出現(xiàn)眼孔變形的情況，受到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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(jìn)行折彎，對(duì)于這些部件往往需要先進(jìn)行折彎，然后通過三維激光技術(shù)來切割。有些模具擠壓成形零件，進(jìn)行落料模具設(shè)計(jì)的時(shí)候，其設(shè)計(jì)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(zhǎng)，若是通過三維激光技術(shù)來加工眼孔和套料，那么不但會(huì)節(jié)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(zhì)量造成影響的主要因素

三維激光切割技術(shù)的精度比較高，這種情況出現(xiàn)的原因在于三維激光切割機(jī)的制造精度比較高，激光切割質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)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(zhì)量造成影響的因素主要包含了焦點(diǎn)的位置、切割的速度、切割的功率以及切割的氣壓等。在生產(chǎn)的時(shí)候，我們往往會(huì)根據(jù)工件本身的材料、曲面復(fù)雜程度、材質(zhì)來進(jìn)行切割參數(shù)的設(shè)置。若是參數(shù)選擇的比較合理，那么切割質(zhì)量也會(huì)有明顯的提高。

4 結(jié)語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，三維激光切割技術(shù)在車輛制造中的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的批量化，并且也成為企業(yè)非常重要的生產(chǎn)加工方法。三維激光切割技術(shù)在生產(chǎn)效率提高、制造周期縮短、模具種類減少以及模具數(shù)量減少方面的作用非常突出，這也能夠幫助企業(yè)更好的參與到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中去。在制造業(yè)發(fā)展中，柔性制造是非常重要的趨勢(shì)，三維激光切割技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高度柔性化，其在制造業(yè)中所占據(jù)的位置也會(huì)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(shù)的使用，將技術(shù)的作用發(fā)揮出來，不斷的降低生產(chǎn)成本。