文／許三山，楊雪·安徽江淮汽車集團股份有限公司

隨著汽車行業(yè)競爭壓力的不斷增加，車企在開發(fā)過程中對節(jié)約成本及柔性化開發(fā)的需求越來越高。同時隨著激光技術的發(fā)展及成熟，激光切割在車身沖壓件開發(fā)過程中的應用也愈加廣泛。本文以我司某款車型在開發(fā)過程中對激光切割的應用為例，講述了其在沖壓件開發(fā)中的工藝流程、應用條件及失效模式。

沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的加工方法。沖壓加工的生產效率高，且操作方便，易于實現機械化與自動化。

汽車車身沖壓件的生產離不開模具，模具既能保證沖壓件的尺寸精度，又不會破壞沖壓件的表面質量,是車身制造技術的重要組成部分。模具的開發(fā)及調試周期約占整車開發(fā)周期2/3 的時間，雖然目前可以通過前期的計算機模擬仿真技術實現工藝及模具設計最優(yōu)化，縮短模具開發(fā)調試周期，降低制造成本，但模具的開發(fā)及調試周期仍是車型快速更新?lián)Q代的主要制約因素。圖1 為典型沖壓件及模具示意圖。

激光切割技術

激光切割是利用高功率密度的激光束照射被切割材料表面，在極短的時間內將材料加熱至熔化或氣化的溫度，蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束對材料的移動，孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫，再用高壓氣體將熔化或氣化物質從切縫中吹走，以達到切割的目的。相對于其他切割方式具有切割質量好、速度快、效率高等優(yōu)點。圖2 為激光切割設備工作站。

圖1 典型沖壓件及模具示意圖

圖2 激光切割工作站

傳統(tǒng)的沖壓加工一般需要成形和修沖工序完成，完成這些工序需要大量的模具。模具的開發(fā)需要大量的成本投入，周期也相對較長。在激烈的市場競爭環(huán)境下，迫切需要一種節(jié)約時間及成本的加工方法。激光切割不受沖壓件外形影響，柔性好，可以節(jié)省大量的修沖模具，縮短沖壓件的開發(fā)周期，生產方式更加靈活。對于數量不大且需要快速換型的車型開發(fā)，有很重要的應用價值。

激光切割沖壓件開發(fā)流程

下面以我司某款變型變動車型的開發(fā)為例，闡述激光切割在沖壓件生產過程中的具體應用。圖3 為采用激光切割的方式生產沖壓件的流程，首先準備好沖壓件的原始坯料(若坯料為異形料，則可通過激光切割實現)；坯料準備好后，用成形模具完成零件型面的工序內容(激光切割實現的是沖壓件的輪廓及孔，沖壓件的型面部分仍要通過成形類模具來實現)；然后用激光切割完成零件輪廓的工序內容；如果零件還需翻整工序則用成形模具使其進一步成形到位；最后用激光切割完成零件孔的工序內容。其中激光切割輪廓和孔的具體工序及內容可根據沖壓件的工藝排布進行相應調整。

圖3 激光切割方式沖壓件開發(fā)流程

上述開發(fā)方式中沖壓件輪廓和孔的內容均使用激光切割實現，下面闡述激光切割工藝的詳細流程。其工藝流程如圖4 所示。

圖4 工藝流程

圖5 拉延工序件

⑴拉延件準備。將坯料放置于拉延模型腔中通過壓力機制備拉延工序件。圖5 為某產品件的拉延工序件，激光切割是在拉延工序的基礎上進行的。

⑵機床刻線。將成形模具下模放置于機床，利用模具的三銷基準確定模具與機床的相對位置；通過凸模型面將零件固定，確定模具與零件的相對位置，確認之后通過加工機床按照工藝數模進行刻線，形成樣件。

⑶支架準備。通過三維軟件結合零件數模對激光切割支架進行設計，激光切割支架焊接完成后根據現場零件型面制作簡易符型塊，用于對零件進行定位，通過壓板螺絲將切割支架固定在工作臺上(圖6)。

⑷激光刻線。將拉延工序件放置在切割支架上，針對樣件的刻線進行輕微燒蝕，確定切割位置以及切割軌跡。取任一未刻線零件放置于支架上，按照樣件留下的軌跡進行切割，上檢具進行精度確認。如精度合格作為零號樣件，并作為后續(xù)切割基準。如不合格，重復上述步驟，直至合格。

圖6 切割支架的準備

圖7 激光刻線

⑸批量切割。將支架置于工作臺上，通過前期劃線位置進行粗定位；將樣件置于切割支架上，按照前期定好的切割軌跡與樣件刻線進行修正，直至符合，開始批量切割。

圖8 批量切割

激光切割失效模式

激光切割能夠實現沖壓件輪廓和孔的切割，同時可節(jié)約修沖類模具的開發(fā)費用，使產品開發(fā)更加柔性化。但在實際的應用過程中，也存在一些問題，主要的失效模式有以下三點。

⑴激光切割切口的質量。如圖9 所示，對于鍍鋅板或板料厚度比較大的沖壓件在切割時，需要調整工藝參數和降低切割速度，否則會出現比較大的毛刺；高強板件則需要大功率激光切割設備，否則切口會出現燒蝕發(fā)黑，切口不齊，孔形狀不規(guī)則等缺陷。

圖9 激光切割切口質量

⑵激光切割在批量生產時，會出現支架與工作臺重復定位的精度誤差以及支架與零件本身重復定位的精度誤差問題，導致最終沖壓件的精度波動，需要進行多輪次匹配調試。

⑶由于激光切割是在模具進行成形工序完成后，再進行輪廓及孔的加工，沖壓件無法連線生產，生產周轉時間較長，物流運輸過程中會造成沖壓件磕碰變形及表面質量缺陷。尤其對于部分工藝復雜的沖壓件，從坯料到成品件會需要多輪次激光切割。

結束語

汽車行業(yè)中，多種類小批量的個性化定制需求，促進了激光切割技術的發(fā)展。激光切割作為一種高效的加工方法不僅節(jié)約了沖壓模具的開發(fā)成本，同時增加了產品開發(fā)的靈活性。使用激光切割的同時，還要考慮激光切割的應用條件，規(guī)范激光切割支架制作標準，提高支架的重復定位精度。隨著激光切割技術的愈加成熟，在綜合考慮產品生產模式及特點的前提下，激光切割在汽車行業(yè)的應用將為企業(yè)帶來良好的收益。