柔性是激光最大的優(yōu)勢
由于板坯厚度變化、沖壓模具磨損等一些不可控制的因素,車身沖壓件的實際尺寸同設(shè)計尺寸之間存在著一些細(xì)微的、但卻不可預(yù)測和控制的誤差。而激光加工要求激光束的焦點位置精密控制在沖壓件表面,因此,將激光加工引入到汽車車身加工領(lǐng)域的難度是很大的。1979年,在世界上第一臺三維激光切割機(jī)問世時,它還只能進(jìn)行汽車內(nèi)飾件的切割,而無法加工金屬沖壓件。1982年,普瑞瑪工業(yè)公司創(chuàng)造性地將電容式傳感器集成到了三維激光切割設(shè)備中,使機(jī)床可以自動“適應(yīng)”沖壓件彈性變形造成的誤差,從而使三維激光切割技術(shù)真正成為了汽車車身加工的一種新的精密、靈活的加工手段。
與傳統(tǒng)的模具或手工加工不同,激光切割不但具有切縫窄(0.1~0.3mm)、加工精度高(尺寸偏差<0.1mm)、熱影響區(qū)小的優(yōu)點,而且切口光滑平整,沒有毛刺和飛邊,加工后的零件不會對下一道沖壓工序中的模具形成任何損壞。激光加工的另一個突出的特點是:它是一種沒有切削力的加工方式,在切割過程中零件本身不受力,因此三維激光切割零件的夾具設(shè)計和制造非常簡單,可以大大節(jié)省夾具的成本和縮短制造周期。
由于這些優(yōu)點,三維激光加工一經(jīng)推出就馬上被汽車設(shè)計公司所采用,在樣車試制和小批量試生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用,并逐漸地被廣泛應(yīng)用于模具制造和小批量的變形車及特種車生產(chǎn)等領(lǐng)域。
在傳統(tǒng)的試制階段,沖壓件的切邊和切孔等工作只能依靠手工完成,一般至少需要兩到三道工序,分別完成內(nèi)框、孔、內(nèi)輪廓和外輪廓的切割。而內(nèi)框、內(nèi)輪廓的切割對于手工操作來講是極其困難的,在切割過程中出現(xiàn)廢品的機(jī)率較高,而且手工加工無法保證切割件的重復(fù)精度,根本無法滿足市場上對產(chǎn)品質(zhì)量越來越苛刻的要求。此外,每個零件必須手工劃線,加工時間長,加工后的產(chǎn)品必須逐件進(jìn)行檢驗,很難符合車型開發(fā)周期越來越短的客觀要求。但對于激光加工來說,所有這些問題都不存在:所有的切割(包括孔、槽、內(nèi)外輪廓等)均可通過數(shù)控程序在三維激光切割機(jī)上一次完成;無論是加工一件還是一百件,其尺寸均完全相同;加工過程全部自動完成,徹底避免了可能出現(xiàn)的各種人為誤操作所導(dǎo)致的廢品。最重要的是,激光切割大大提高了零件的生產(chǎn)效率,從開始編程、準(zhǔn)備夾具到切割出合格的產(chǎn)品,激光加工只需數(shù)小時就可以完成原來人工需要數(shù)周甚至數(shù)月的工作量。在 “時間就是金錢”、“時間就是市場”的今天,開發(fā)周期的長短直接影響著產(chǎn)品能否成功占領(lǐng)市場和生產(chǎn)廠商的成敗,因此,在試制階段采用激光切割技術(shù)已經(jīng)越來越成為各主機(jī)廠、設(shè)計公司和模具公司的唯一選擇。
同傳統(tǒng)沖壓加工相比的成本優(yōu)勢
由于三維激光切割技術(shù)在車身試制領(lǐng)域中展現(xiàn)的突出優(yōu)點,從20世紀(jì)90年代初開始,人們開始逐漸考慮將三維激光切割作為切割模具的替代品,直接用于中小批量、變形車、特種車和備件的生產(chǎn)之中。
同傳統(tǒng)的模具沖壓相比,激光切割最大的劣勢是單件加工周期相對比較長。以轎車車門內(nèi)側(cè)板為例,從拉延成型到完成全部沖切工序,采用模具沖壓大約需要6min左右(半自動沖壓線),而如果采用激光加工則需要10min左右。但作為柔性加工方式的一種典型代表,激光加工所需的準(zhǔn)備時間非常短,通過先進(jìn)的CAD/CAM軟件,從數(shù)模轉(zhuǎn)換、加工程序生成到工裝夾具準(zhǔn)備完成,全部過程只需一天的時間,而準(zhǔn)備好同樣的全部沖切模具則至少需要兩到三個月。三維激光加工另一大突出的優(yōu)點就是大大降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。在零件成型后,所有的沖切工作全部可由激光完成,無需準(zhǔn)備昂貴的沖切模具,這將大大提高投資回報率。另外,激光加工全部通過數(shù)控程序控制,不但可隨時根據(jù)需要進(jìn)行修改,而且一旦需要馬上可以切換到其他產(chǎn)品的生產(chǎn),產(chǎn)品改變所需的成本只是重新編程和準(zhǔn)備工裝的費用,這同更換全套模具所需的巨額投資相比,完全可以忽略不計。
假設(shè)某一個轎車需要10個車身覆蓋件,如果采用常規(guī)的沖切模具進(jìn)行生產(chǎn),所需模具的成本大約在200~400萬美元之間,全部的工裝準(zhǔn)備、設(shè)計調(diào)試的人天工作量需要25個月,而如果采用三維激光切割設(shè)備,全部切割準(zhǔn)備的總成本僅為5萬美元,而所需的時間也僅為50天。由此可見,即使三維激光切割機(jī)的采購成本高達(dá)100萬美元,生產(chǎn)一個車型所需模具的投資也僅相當(dāng)于三臺大型三維激光切割機(jī)床的價格,而且這里還不包括購買壓力機(jī)所需的費用。
因此,對于中小批量規(guī)模生產(chǎn)的車型,完全可以考慮用兩到三臺激光切割機(jī)并行工作,替代全部沖切模具的工作,在保證相同生產(chǎn)效率的同時,不但可以為用戶節(jié)省巨額的模具開發(fā)制作成本,而且還可以大大縮短新車上市的時間。這種并行模式所帶來的另一個好處是即使一臺設(shè)備出現(xiàn)了故障,也不會導(dǎo)致整個生產(chǎn)線停機(jī),而只是損失1/3的生產(chǎn)率,大大降低了生產(chǎn)管理風(fēng)險。最重要的是,一次性購買的激光切割機(jī)可以反復(fù)用于各種零件的加工,幫助廠家避免了車型改變所帶來的投資風(fēng)險。
轉(zhuǎn)載請注明出處。