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激光切割技术在模具开发及冲压件生产中的应用

2017-04-22

  激光切割技術是一種比較先進的制造工藝技術,目前已經廣泛應用于汽車制造業,在模具開發、新產品試制件的提樣以及沖壓件的小批量生產方面都發揮著非常重要的作用,可以部分替代產量較小的沖孔落料、修邊模具,能夠有效降低汽車企業的生產成本和模具開發成本。相對于沖壓件生產而言,激光切割技術是一種先進的、較前沿的切割工藝,能夠大幅度提高勞動生產率,目前在汽車企業的應用趨勢相當明顯。

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  激光切割技術及設備

  激光是一種高亮度、方向性好以及單色性好的相干光,聚焦后的激光束照在任何堅硬的材料上都將產生上萬度的高溫,通過激光束照射到工件表面時釋放出的能量使材料融化并蒸發,以達到切割和雕刻的目的。激光設備具有精度高、切割速度快、不局限于切割圖形限制、可自動排版節省材料、切口平滑且加工成本低等特點,逐漸改進后或取代傳統的切割工藝設備。

  激光切割設備作為一種新型的工具越來越成熟地運用到各種行業,特別是汽車工業的興起讓它的運用更加廣泛。激光切割機主要由激光器、光路及驅動、支承光路的機械結構組成的主機、冷卻系統、供氣系統、電源和控制系統組成。目前,主流汽車企業使用的大多是5軸激光切割機(見圖1)。

  激光切割技術在模具開發中的應用

  在模具開發中,從CAE分析的整體應用水平來看,尚不能達到100%的模擬仿真。CAE軟件模擬不能準確計算出沖壓件在實際開發中的反彈量,在分析過程中對壓機、板料、修邊方式、整形角度、頂桿數量和頂桿壓力等實際參數不能進行全部仿真,與真實情況有一定的出入。因此,一些采用高強度鋼板的類似梁類件上實施的反彈補償方案往往與實際制件反彈量不符,這時需要對模具進行補焊加工整改,而測算回彈量補償的數值就需要使用激光切割機進行。在實際操作中的具體方法如下:

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  1. 拉延模生產出拉延件,采用激光切割機對拉延件進行分段切割(見圖2),然后進行檢測。

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  2. 上檢具進行反彈量測算(見圖3、圖4),以此測算結果計算回彈補償量,然后對凹模鑲塊進行補焊加工,凸模對應進行修整,通過拔模角角度的改變實現對制件回彈的控制。

  通過上述方法,可以減少模具重復補焊的次數,提高模具一次整改的合格率,降低了模具刀塊報廢的風險,節約了模具成本,減少補焊造成的對模具使用壽命的影響,提高了制件精度和符合率。

  激光切割技術在沖壓件生產中的應用

  1.在快速成形件中的應用

  激光切割技術在模具試制階段的作用,是替代修邊沖孔模具和落料模具,使得試制廠家不需要開發落料與修邊沖孔的模具工裝,利用激光切割技術提供快速成形樣件,用于汽車主機廠裝車驗證。此應用可避免生產中采用的鉗工手工修邊、火焰切割和人工鉆孔等產生的制件精度差和表面變形等缺陷,同時也可以大大縮短車型開發周期,從而便于加快汽車主機廠新產品的推陳出新。激光切割的工件如圖5所示。切割件進行白光掃描檢測如圖6所示,切割件上檢具檢測如圖7所示。

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  2.在小批量車型中的應用

  模具成本在汽車企業的研發成本里占據著很大的比重,如何節約模具成本,實現資源的可重復利用,提高企業盈利能力,成為主機廠積極尋求的內容。激光切割技術的出現,適時地替代了落料、修邊沖孔等正式模具,有效節約了模具開發的成本。例如,某公司在新能源汽車的開發中大量使用了激光切割技術,開發部分拉延翻整類正式工裝時的單車成本非常低。

  當車型產量特別大時,生產達到了一定的規模,如日產量超過1500臺,從穩定性和成本考慮采用模具生產則更為經濟實用。

  結語

  激光切割技術正以成熟的加工效率和加工精度得到越來越廣泛的應用,在模具回彈整改、快速成形件提樣和小批量件生產上都體現出了自己的優勢,如:可替代正式工裝,減少了模具數量,節約模具開發成本,加快產品開發速度,提升汽車廠效率,縮短新車型開發周期,給模具反彈整改提供了幫助,節約了整改時間,提升了模具和沖壓件精度。同時,激光切割技術作為一種新型替代模具結構,對各種模具替代性強,能夠降低單個車型非大批量生產時的工裝設備投入,其干凈、衛生、環保、高質量和低成本受到各汽車企業的青睞,其未來發展趨勢是成本更低、適應性更強、效率更高且使用范圍更廣。


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