激光切割技術(shù)在軟模件上的應(yīng)用

于子秋

北京汽車(chē)研究院 北京 100300

隨著汽車(chē)行業(yè)發(fā)展越來(lái)越迅速，軟模開(kāi)發(fā)的零部件越來(lái)越多，軟模件的優(yōu)勢(shì)就是快速、成本低?？紤]到軟模件成本低、周期短、數(shù)量少的特點(diǎn)，軟模件制作時(shí)不需要投入修邊沖孔模具，通常采用激光切割技術(shù)。

軟模件的激光切割在樣車(chē)白車(chē)身制造中作用不必過(guò)多描述，首先它是白車(chē)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(zhǔn)確性直接決定著白車(chē)身是否能夠順利制造出來(lái)，而且也直接影響著白車(chē)身總成的精度。因此，軟模件激光切割技術(shù)在樣車(chē)白車(chē)身制造中、量產(chǎn)工裝未制造出來(lái)之前及產(chǎn)品沒(méi)有凍結(jié)階段應(yīng)得到充分地利用與推廣。

激光切割概述

1.技術(shù)特點(diǎn)

激光切割工藝的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在精度高、切割熱影響區(qū)小、切割快速及切口平滑等方面。

1）由于激光刀頭的機(jī)械部分與工件無(wú)接觸，切割熱影響小，板材變形小，因此在切割汽車(chē)零部件復(fù)雜的形狀時(shí)，更能體現(xiàn)切割變形小的優(yōu)勢(shì)。

2）激光切割采用數(shù)控編程，板件切割重復(fù)性好，切割精度高，切割精度±0.2mm，完全可以滿(mǎn)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(méi)有機(jī)械應(yīng)力，沒(méi)有模具切除產(chǎn)生的剪切毛刺，切邊輪廓平滑，無(wú)需后序打磨處理。

4）速度快，是線切割的100倍，無(wú)需制作切邊模具。因此在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，可節(jié)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(jī)是將從激光器發(fā)射出的激光，經(jīng)光路系統(tǒng)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(dá)到熔點(diǎn)或沸點(diǎn)，同時(shí)與光束同軸的高壓氣體將熔融物質(zhì)吹除，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件的切割。激光束與零部件相對(duì)移動(dòng)，零部件形成切縫，達(dá)到切割零部件邊緣的目的。切割時(shí)的工藝參數(shù)（切割速度、激光器功率、氣體壓力等）及運(yùn)動(dòng)軌跡均由數(shù)控系統(tǒng)控制，激光切割屬于熱切割技術(shù)。

3.激光切割機(jī)主要參數(shù)

工作平臺(tái)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(shù)：0.5～2ms；

制冷功率：4W；

設(shè)備重復(fù)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(guī)切割優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1

表1 激光切割與常規(guī)切割優(yōu)缺點(diǎn)比較

激光切割應(yīng)用

在準(zhǔn)備激光切割板件之前，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)對(duì)需要切割的孔和切邊輪廓進(jìn)行編程，做好切割前準(zhǔn)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(wěn)定可靠，切割過(guò)程中不因激光切割而有竄動(dòng)，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(yīng)用上能夠重復(fù)利用，因此在治具制作時(shí)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(shí)，軟模件在治具上的穩(wěn)定性，要求軟模件不能有晃動(dòng)，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(kāi)始進(jìn)行激光切割。穿孔的位置一般不設(shè)置在產(chǎn)品型面上，可以放在切割孔中心或產(chǎn)品輪廓外工藝補(bǔ)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?dú)庾鳛檩o助氣體，以降低因放熱氧化使孔擴(kuò)展的程度，氣體壓力較切割時(shí)小。每個(gè)脈沖激光只產(chǎn)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(shí)，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(zhuǎn)入切割；當(dāng)零部件較厚（如板厚＞2mm）時(shí)，采用氣體壓力穿孔，在零部件表面上會(huì)形成比較大的熔坑缺陷。熔坑不但影響切割質(zhì)量，而且熔融濺出物可能損壞透鏡或噴嘴。因此，應(yīng)適當(dāng)增大輔助氣體的壓力，同時(shí)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(xù)激光切割帶有銳角的零件時(shí)，如切割參數(shù)匹配或操作不當(dāng)，在銳角的轉(zhuǎn)折處很容易發(fā)生自燒熔，不能形成轉(zhuǎn)角處的尖角。燒熔會(huì)使該部位的質(zhì)量變差，而且還會(huì)影響隨后的切割質(zhì)量，因此可采用調(diào)整合適的切割參數(shù)，消除燒熔缺陷。在脈沖激光切割時(shí)不存在銳角轉(zhuǎn)折處的燒熔問(wèn)題。

2.應(yīng)用實(shí)例

某車(chē)型軟模件切割設(shè)備參數(shù)應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)表2。

激光切割軟模件時(shí)，首先切割定位孔，然后切割安裝孔，最后切割邊緣和工藝孔。首件切割完成后，檢查治具定位是否產(chǎn)生竄動(dòng)，定位孔切割位置是否與理論位置發(fā)生偏離，確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題后，再切割下一件。絕不可一次性將所有軟模件全部切割完成，避免因定位孔偏離（見(jiàn)圖3），從而引起其余孔和邊緣整體偏離理論位置的問(wèn)題發(fā)生。

圖3 定位孔位置偏離

3.其他

在切割下一批零部件前，首先校驗(yàn)治具是否正確，然后按照上述切割步驟進(jìn)行操作，切割后軟模件需要進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè)（見(jiàn)圖4），并按照檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整治具，保證切割軟模件合格。

圖4 軟模件三坐標(biāo)檢測(cè)

切割好的產(chǎn)品應(yīng)統(tǒng)一包裝運(yùn)輸，每種件之間必須用木材或塑料泡沫隔開(kāi)放在器具中，避免擠壓變形。包裝前切割樣件如圖5～圖7所示。

圖5 后輪罩內(nèi)外板

圖6 激光切割頂蓋前橫梁

圖7 鋁合金機(jī)蓋內(nèi)板

結(jié)語(yǔ)

激光切割軟模件時(shí)，為保證切割精度，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：調(diào)整好設(shè)備參數(shù)；治具安放到位，定位可靠，軟模件放在治具上不允許竄動(dòng)；首件三坐標(biāo)檢查合格后，再切割下一件。