光制造就是利用激光通过不同的条件进行加工,在各项高新技术领域和产业中,光制造技术已经取代了某些传统加工方式。发达国家的汽车工业中,汽车60%左右的车身零件都是通过激光加工完成的,激光技术在汽车工业中的地位与日俱增。
1.激光制造技术的特点
激光束具有高能量密度、高单钯性、高方向性的特点,这是许多传统制造技术达不到的优势,激光切割时,与切割材料无直接接触,加工时不会存在刀具磨损的情况,也不会对工件产生其它影响,由于加工时能量注入速度高,对工件热影响很小,因此工件热变形很小,可接近或达到“冷”加工状态,实现常规技术不能执行的高精密制造;
激光具有良好的空间控制性(光束的方向变化、旋转、扫描等)和时间控制性(开、关、脉冲间隔),这些特性决定了激光切割的方式非常适合自动化加工,不管是小规模的定制化加工,还是大规模制造,激光加工都可以完美胜任,不仅加工生产的效率高,而且对于需加工的材料没有限制,金属、非金属都可以加工,并且对环境的污染小,配合套料软件,智能优化切割路线,最大化的节省材料,节省成本。
2.汽车工业中的光制造技术的类别
汽车工业中的光制造技术可以分为光“冷”加工、光“热”加工、光快速成型3种类别。
2.1光“冷”加工技术
与常规冷加工工艺相对应的光制造技术有激光切割、激光打孔、激光打标和激光切削。
激光切割的速度非常快,切面光滑无毛刺,切缝还是窄,不会造成材料的损耗,加工精度高,并且不会像传统切割方式,有刀具或模具的损耗问题,可以一直重复使用,机器使用寿命长,无接触的切割方式,也不会损伤工件表面。
激光打孔的速度是转孔的几百倍,无需模具,效率高,还可以在倾斜面、凹凸面、菱形面等不规则平面上打孔,适合于数量多、高密度的群孔加工,硬、脆、软等各类材料上都可以进行加工,加工后工件光滑美观,省去了去除毛边、修正、打磨等返工工序,效率大大提升。
激光打标是非接触式打标,速度快,标记不易磨损,激光标记机又很容易与流水线结合。
激光切削加工是类似机械加工中铣削的一种工艺方法,它是利用聚焦激光束对材料逐层进行切削。
2.2光“热”加工技术
与常规热加工工艺相对应的光制造技术有激光焊接、激光表面强化、激光熔敷与合金化。
激光焊接是利用高强度的激光束与金属进行相互作用,可焊接高熔点材料如钛、石英等,异种材料或者特殊结构的材料也可以精确焊接,对于环境要求低,可精确定位,焊缝质量很高,不会有熔渣,速度快、深度大、变形小。
激光表面强化分为激光相变硬化和激光熔凝硬化两种。是一种利用激光进行加热然后冷却的热处理技术。可通过改善材料抗塑性变形及抗黏着磨损能力延长材料的疲劳裂纹萌生时间。可根据不同材质、工件热容量大小、以及激光处理工艺参数的不同,实现硬度、强化层深度可控。
激光熔敷是利用高能激光束照射熔敷材料,使其与基材表面薄层一起快速熔凝,形成与基材冶金结合的具有完全不同成分与性能的合金覆层。
2.3光快速成型技术
光快速成型技术是通过电脑上的CAD软件生成三维设计模型,用激光束将材料逐层固化,快速制造模型或者样件,非常适合新产品开发和单间零件生成,在汽车行业中,单件或小批量的特殊复杂金属零件,可使用RP技术直接成型,成本低,周期短。
3.汽车行业中的激光加工技术
3.1激光切割技术
激光切割也是使用频率最多的激光应用之一。光纤激光器和二氧化碳激光器可结合标准化的二维和三维切割系统来切割低碳钢、不锈钢、铝和其他金属。在对汽车的不同工件进行加工时,汽车制造商会利用到激光切割的多个优势,例如,切割边缘质量高,低热量输入,加工速度快等。包含多种金属的汽车零部件及材料,如安全气囊的布料和汽车内饰所使用的复合材料,均使用激光进行切割。
3.2激光焊接技术
激光技术焊接,其优点在于极高的焊接速度,稳定的焊接质量,焊接精度高,材料热变形小,并且易于整合到自动化操作系统中,是现代工业生产中,普遍采用,口碑极好的先进焊接方式。激光焊接在汽车上得到了非常广泛的应用,例如汽车车身的焊接,管材焊接,汽车电池焊接以及仪表盘等塑料焊接,无论从焊接强度还是焊接精度和速度,激光均有着独到优势。
3.3激光表面处理
除了激光切割和激光焊接这样的传统工艺,激光器也可以用于各种表面处理应用,例如激光硬化、激光去层、表面活化以及激光堆焊。在激光堆焊工艺中,最为人熟知的是激光熔覆,填充材料诸如金属焊丝或粉末等基础材料可通过激光辐射进行融化从而实现冶金结合,这一过程对母部件金属的稀释率小于5%。汽车加工行业通常利用粉末进行激光堆焊,它可以作为工件的保护膜,起到防磨损防腐蚀的作用,同时也具有耐高温耐侵蚀(液体)的特点。在汽车行业,工件的最小失真率和高灵活性是两个重要标准。由于减少了热输入并使用了添加材料,热微裂和孔隙也得以避免。利用填充焊丝进行的激光堆焊可用于修理工件,改善材料的耐磨性,实现小的设计改良,并纠正制造缺陷。
现代社会,汽车工业正向着高新技术的方向发展,技术创新能力成为市场上竞争取胜的关键,汽车制造技术正由传统机械制造技术向先进制造技术的转变,光制造技术为汽车的开发与生产制造注入了活力。相信未来,光制造技术会在汽车工业的应用中飞速,成为重要的加工方式。
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