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  • 激光制造技術在汽車行業中的應用

    作者:唐霞輝、秦應雄等 來源:華中科技大學激光加工中心 時間:2019-11-03 20:52 閱讀:977 [投稿]
    汽車工業的發展對車體質量提出了更高的要求。激光技術具有加工質量好,生產效率高等優點,在汽車制造應用中,起到了至關重要的作用。

    汽車工業的發展對車體質量提出了更高的要求。激光技術具有加工質量好,生產效率高等優點,在汽車制造應用中,起到了至關重要的作用。

    1、引言

    激光制造是中國制造2025發展戰略的支撐技術。激光智能裝備應用于航空航天、船舶制造、海洋工程設備、石油石化、國防等領域的大型裝備制造,涉及激光焊接、切割、精密鉆孔、刻線、表面改性、清洗、增材制造等工藝。汽車工業是激光加工應用最多的領域之一,歐美等工業發達地區中,50%-70%的汽車零部件使用激光加工技術制造。在工業發達國家中,全世界約有3萬多臺激光加工設備用于汽車工業,每年數以百計的激光加工機投入使用。我國汽車產業中激光技術應用市場巨大,經濟效益不斷上升。汽車行業中的激光加工技術主要有:激光切割、激光焊接、激光相變硬化、激光熔覆、激光合金化、激光打孔等。

    2、激光切割與汽車板高速落料

    汽車工業中,激光切割工藝采用大功率光纖激光器,以提高切割速度和切割質量。在汽車樣車和小批量生產中則大量使用三維激光束切割機,對普通鋁、不銹鋼等薄板、帶材的切割加工,其切割速度可達10 m/min以上,大幅縮短了生產周期,比機械加工方式的加工費用減少50%。激光切割和機器人技術的結合,使其功能得以更大地發展,特別是在車型不斷變化的小批量生產中,激光切割和機器人技術結合更有其優越性。

    汽車板落料生產線上,有一種傳統的通用帶料剪切設備叫做飛剪,通過在帶料運動中進行跟蹤剪切,大幅提高下料的速度,但由于切刀是直線的,只能得到矩形和梯形坯料,應用范圍受到限制。而現有的激光切割設備,切割形狀不受限,但在進行切割時板料都是靜止的,進料和出料不能同時進行,影響了帶料的處理速度。

    激光切割落料線對上述兩種設備的工作理念進行巧妙組合,即在帶料運動中用激光切割機對其進行飛割(跟隨切割),其目的是為了解決連續的金屬和非金屬帶料的無模具快速下料問題,以降低下料設備的投資、模具消耗成本,并且有效提高材料的利用率。采用激光落料,無需制造模具,采用先進的排樣軟件及控制系統,產品規格形狀轉換迅速。對于今后高強汽車板,采用激光落料成為當務之急。

    3、汽車板激光拼焊

    激光拼焊技術(Tailor welded blanks,TWB)應用于車身制造具有很多明顯的優勢。例如減輕車身重量、減少汽車零部件數量、提高原材料利用率、提高結構功能和安全性,為生產寬體車提供可能,增加產品設計靈活性等。圖1所示為車身制造中所用的一些典型激光拼焊件。


    圖1.激光拼焊件在車身制造中應用

    德國Thyssen鋼鐵公司在20世紀80年代率先開始生產激光拼焊汽車板。目前全球已建有500多條激光拼焊生產線,西歐生產的拼焊板約占世界總產量的70%,美國約占20%,日本約占10%。隨著國內汽車工業的高速發展,激光拼焊技術也得到了快速應用,目前,國內已有20多家激光拼焊板生產中心,近100條生產線,年加工激光拼焊板的能力達到6000多萬片。隨著人們對節能減排及車身輕量化要求的不斷提高,一些新的車身輕量化技術也得到了迅速發展和應用,成為激光拼焊可能的替代技術。

    蒂森克虜伯公司新開發的鋼卷拼焊技術成功用于汽車板生產。過去,激光拼焊板技術僅限于生產長3 m左右的鋼板,隨后還必須對鋼板進行剪切和激光焊接。鋼卷激光拼焊技術首次實現了拼焊產品成卷供貨,采用該項技術的鋼卷拼焊生產線可以將長達500 m的不同厚度(0.6-3.0 mm)、不同鋼種(碳鋼、不銹鋼)和不同涂鍍層(熱鍍層、電鍍層或有機涂層)的帶鋼用激光焊機對焊起來,最大卷重可達到15 t。拼焊帶卷同拼焊板一樣,可用于座椅導軌、座椅靠背和輪緣等,其優點是:提高焊接效率,降低重量,提高零件性能,降低零件整合時的成本。拼焊卷可采用如連續模、輥壓成型和多工位壓力機成形加工。

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