激光切割技术在软模件上的应用

于子秋

北京汽车研究院 北京 100300

随着汽车行业发展越来越迅速，软模开发的零部件越来越多，软模件的优势就是快速、成本低。考虑到软模件成本低、周期短、数量少的特点，软模件制作时不需要投入修边冲孔模具，通常采用激光切割技术。

软模件的激光切割在样车白车身制造中作用不必过多描述，首先它是白车身制作的第一步，软模件切割尺寸（定位孔切割尺寸精度）的准确性直接决定着白车身是否能够顺利制造出来，而且也直接影响着白车身总成的精度。因此，软模件激光切割技术在样车白车身制造中、量产工装未制造出来之前及产品没有冻结阶段应得到充分地利用与推广。

激光切割概述

1.技术特点

激光切割工艺的优点表现在精度高、切割热影响区小、切割快速及切口平滑等方面。

1）由于激光刀头的机械部分与工件无接触，切割热影响小，板材变形小，因此在切割汽车零部件复杂的形状时，更能体现切割变形小的优势。

2）激光切割采用数控编程，板件切割重复性好，切割精度高，切割精度±0.2mm，完全可以满足软模件切割精度（安装孔、面及边轮廓±0.5mm）要求。

3）切缝窄（0.1～0.3mm），切口没有机械应力，没有模具切除产生的剪切毛刺，切边轮廓平滑，无需后序打磨处理。

4）速度快，是线切割的100倍，无需制作切边模具。因此在开发新产品时，可节约工装成本，缩短样件制作周期。

2.激光切割原理

激光切割机是将从激光器发射出的激光，经光路系统聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到零部件表面，使被切割部位金属达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔融物质吹除，从而实现对零部件的切割。激光束与零部件相对移动，零部件形成切缝，达到切割零部件边缘的目的。切割时的工艺参数（切割速度、激光器功率、气体压力等）及运动轨迹均由数控系统控制，激光切割属于热切割技术。

3.激光切割机主要参数

工作平台尺寸：1300mm×2500mm；

切割镜头焦距：80mm；

最大激光输出功率：500W；

频率：500Hz；

电源脉冲参数：0.5～2ms；

制冷功率：4W；

设备重复定位精度：±0.03/300mm；

空程速度：0～20 000mm/min；

切割速度：0～15 000mm/min。

激光切割与常规切割优缺点比较见表1

表1 激光切割与常规切割优缺点比较

激光切割应用

在准备激光切割板件之前，应根据产品数据对需要切割的孔和切边轮廓进行编程，做好切割前准备。软模件激光切割流程如图1所示。

图1 软模件激光切割流程

1.激光切割治具

做好激光切割定位治具，治具定位要求稳定可靠，切割过程中不因激光切割而有窜动，考虑到成本，治具材料通常有金属和石膏材料2种。目前，考虑到薄板金属材料在治具应用上能够重复利用，因此在治具制作时使用较多。

如图2所示，将成形好待切割的钣金件放在治具上，并检查放置软模件时，软模件在治具上的稳定性，要求软模件不能有晃动，避免因放置因素影响切割精度。

在激光切割之前，需要脉冲穿孔，然后从小孔处开始进行激光切割。穿孔的位置一般不设置在产品型面上，可以放在切割孔中心或产品轮廓外工艺补充型面上。脉冲穿孔一般采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化，可以用氮气作为辅助气体，以降低因放热氧化使孔扩展的程度，气体压力较切割时小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射，逐步深入，一直到穿孔完成。

在薄板上穿孔时，可以用正常的辅助气体压力，激光束照射0.2～1s就能贯穿工件，然后即可转入切割；当零部件较厚（如板厚＞2mm）时，采用气体压力穿孔，在零部件表面上会形成比较大的熔坑缺陷。熔坑不但影响切割质量，而且熔融溅出物可能损坏透镜或喷嘴。因此，应适当增大辅助气体的压力，同时增大喷嘴的孔径以及与零部件的距离。这种方法使气体流量增加，切割速度降低。

用连续激光切割带有锐角的零件时，如切割参数匹配或操作不当，在锐角的转折处很容易发生自烧熔，不能形成转角处的尖角。烧熔会使该部位的质量变差，而且还会影响随后的切割质量，因此可采用调整合适的切割参数，消除烧熔缺陷。在脉冲激光切割时不存在锐角转折处的烧熔问题。

2.应用实例

某车型软模件切割设备参数应用实例见表2。

激光切割软模件时，首先切割定位孔，然后切割安装孔，最后切割边缘和工艺孔。首件切割完成后，检查治具定位是否产生窜动，定位孔切割位置是否与理论位置发生偏离，确认没有问题后，再切割下一件。绝不可一次性将所有软模件全部切割完成，避免因定位孔偏离（见图3），从而引起其余孔和边缘整体偏离理论位置的问题发生。

图3 定位孔位置偏离

3.其他

在切割下一批零部件前，首先校验治具是否正确，然后按照上述切割步骤进行操作，切割后软模件需要进行三坐标检测（见图4），并按照检测数据调整治具，保证切割软模件合格。

图4 软模件三坐标检测

切割好的产品应统一包装运输，每种件之间必须用木材或塑料泡沫隔开放在器具中，避免挤压变形。包装前切割样件如图5～图7所示。

图5 后轮罩内外板

图6 激光切割顶盖前横梁

图7 铝合金机盖内板

结语

激光切割软模件时，为保证切割精度，应做到以下几点：调整好设备参数；治具安放到位，定位可靠，软模件放在治具上不允许窜动；首件三坐标检查合格后，再切割下一件。