【技術(shù)熱點(diǎn)】三維五軸激光在熱沖壓成形應(yīng)用上的工藝提升
三維五軸激光切割技術(shù)在汽車熱沖壓領(lǐng)域已有多年的應(yīng)用。2006年，應(yīng)用在汽車熱沖壓領(lǐng)域的三維五軸激光切割技術(shù)引入中國(guó)市場(chǎng)，并且目前一直在持續(xù)發(fā)展。在過(guò)去的17年間，隨著該技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越趨于成熟，熱成型沖壓件的成本已經(jīng)大幅降低，熱沖壓零件在汽車上的應(yīng)用比例也在逐步增高。三維激光切割已經(jīng)是熱沖壓工藝中的重要一環(huán)。熱沖壓零件的生產(chǎn)廠商對(duì)三維五軸激光切割設(shè)備的要求也越來(lái)越高。設(shè)備的采購(gòu)成本和加工效率是客戶目前最關(guān)心的兩個(gè)因素。
這里介紹三維激光切割加工設(shè)備的主要部件，主要為：床身，激光光纖線纜，激光光源，切割頭。
(1)床身: 加工中心主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的支撐。
(2)光纖線纜: 激光的傳輸機(jī)構(gòu)，用于將光源生成的激光傳輸?shù)郊す馇懈铑^（圖1）
(3)激光光源: 激光的生成裝置，通常是固態(tài)光源。
切割頭: 將激光聚焦在生產(chǎn)或者加工處理零件的表面。
特殊光束質(zhì)量下的激光切割工藝分析
目前市場(chǎng)上的三維五軸激光切割設(shè)備均使用單光束，而通過(guò)使用二合一光纖，在相同的功率下能加快沖壓件的切割速度——我們采用通快三維五軸激光切割設(shè)備TruLaser Cell 8030測(cè)試兩種模式進(jìn)行對(duì)比：一種是二維平板切割，另一種是三維立體的熱沖壓件。
二維平板的切割測(cè)試數(shù)據(jù)
表1. 二合一環(huán)芯可調(diào)切割二維平板時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)比。測(cè)試設(shè)備是TruLaser Cell 8030
板料厚度 [mm]
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1 mm
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2 mm
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3 mm
|
4 mm
|
3 KW普通光束100 μm
|
29
|
15
|
8
|
5
|
3 KW帶二合一環(huán)芯可調(diào)[mm/min]
|
43
|
20
|
10
|
5
|
切割速度提升百分比
|
48%
|
33%
|
25%
|
0%
|
表2. 3 KW帶二合一環(huán)芯可調(diào)和4kw普通光束切割二維平板的速度對(duì)比。測(cè)試設(shè)備是TruLaser Cell 8030
板料厚度 [mm]
|
1 mm
|
2 mm
|
3 mm
|
4 mm
|
3 KW帶二合一環(huán)芯可調(diào)[mm/min]
|
43
|
20
|
10
|
5
|
4 KW 普通激光束100μm
|
40
|
19
|
15
|
5
|
如圖3、表1和表2所示的二維激光切割測(cè)試數(shù)據(jù)，我們得出的結(jié)論 1:
(1)使用3KW功率激光，二合一光纖激光切割2mm厚度鋼板，速度可以提升超過(guò) 30%。用于切割1mm厚度鋼板，速度可以提升接近50%。
圖4.利用TruLaser Cell 8030進(jìn)行三維立體切割測(cè)試
表3. 3 KW帶二合一環(huán)芯可調(diào)和4kw普通光束切割的速度對(duì)比。測(cè)試設(shè)備是TruLaser Cell 8030 3KW
激光功率 [kW]
|
3 kw
|
3 kw
|
|
||
零件描述
|
較少異形面B軸/C軸
較多平直面
|
較多異形面B軸/C軸
較少平直面
|
板料厚度 [mm]
|
1.2 mm & 1.5 mm
|
1.5 mm
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內(nèi)輪廓數(shù)量
|
30
|
20
|
帶二合一環(huán)芯可調(diào)切割時(shí)間 (單工件)
|
~45 s
|
~37 s
|
不帶二合一環(huán)芯可調(diào)切割時(shí)間 (單工件) |
~49 s
|
~40 s
|
切割時(shí)間的節(jié)省百分比
|
~8 %
|
~7.5 %
|
切割氣體消耗量數(shù)據(jù)對(duì)比 [m3/m]
板料厚度 [mm]
|
1 mm
|
2 mm
|
3 KW 普通激光束100 μm
|
0.17
|
0.65
|
3 KW 帶二合一環(huán)芯可調(diào)切割激光束
|
0.1
|
0.27
|
切割氣體消耗量比率
|
58%
|
41.5%
|
結(jié)論2:
二合一光纖激光束切割技術(shù)對(duì)使用三維五軸激光切割的熱沖壓零件制造商，具有提升產(chǎn)能和節(jié)約成本的巨大潛力，具體如下：
(1) 采用二合一光纖激光切割技術(shù)加工2mm板料，可提升30%切割速度。加工1mm板料，可提升50%切割速度。
(2) 加工小于2 mm厚度的板料，3kw功率二合一光纖激光的切割速度快于4kw普通激光的切割速度。
(3) 加工1.5 mm厚度板料，3kw功率二合一光纖激光的切割效率可提升8%。
(4) 3kw功率二合一光纖激光的切割工藝相較普通激光可節(jié)省50%的氣體消耗。
隨著中國(guó)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)加劇，熱沖壓客戶越來(lái)越需要壓縮生產(chǎn)成本，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，三維五軸激光工藝的發(fā)展將聚焦在設(shè)備的使用成本和性能的提升，與此同時(shí)，熱沖壓件在汽車上的使用比率還將進(jìn)一步提高。
參考文獻(xiàn)
END
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