三维激光加工在汽车车身中的应用

　　柔性是激光最大的优势

　　由于板坯厚度变化、冲压模具磨损等一些不可控制的因素，车身冲压件的实际尺寸同设计尺寸之间存在着一些细微的、但却不可预测和控制的误差。而激光加工要求激光束的焦点位置精密控制在冲压件表面，因此，将激光加工引入到汽车车身加工领域的难度是很大的。1979年，在世界上第一台三维激光切割机问世时，它还只能进行汽车内饰件的切割，而无法加工金属冲压件。1982年，普瑞玛工业公司创造性地将电容式传感器集成到了三维激光切割设备中，使机床可以自动“适应”冲压件弹性变形造成的误差，从而使三维激光切割技术真正成为了汽车车身加工的一种新的精密、灵活的加工手段。

　　与传统的模具或手工加工不同，激光切割不但具有切缝窄（0.1～0.3mm）、加工精度高（尺寸偏差<0.1mm）、热影响区小的优点，而且切口光滑平整，没有毛刺和飞边，加工后的零件不会对下一道冲压工序中的模具形成任何损坏。激光加工的另一个突出的特点是：它是一种没有切削力的加工方式，在切割过程中零件本身不受力，因此三维激光切割零件的夹具设计和制造非常简单，可以大大节省夹具的成本和缩短制造周期。

         　由于这些优点，三维激光加工一经推出就马上被汽车设计公司所采用，在样车试制和小批量试生产中发挥了巨大的作用，并逐渐地被广泛应用于模具制造和小批量的变形车及特种车生产等领域。

　　在传统的试制阶段，冲压件的切边和切孔等工作只能依靠手工完成，一般至少需要两到三道工序，分别完成内框、孔、内轮廓和外轮廓的切割。而内框、内轮廓的切割对于手工操作来讲是极其困难的，在切割过程中出现废品的机率较高，而且手工加工无法保证切割件的重复精度，根本无法满足市场上对产品质量越来越苛刻的要求。此外，每个零件必须手工划线，加工时间长，加工后的产品必须逐件进行检验，很难符合车型开发周期越来越短的客观要求。但对于激光加工来说，所有这些问题都不存在：所有的切割（包括孔、槽、内外轮廓等）均可通过数控程序在三维激光切割机上一次完成；无论是加工一件还是一百件，其尺寸均完全相同；加工过程全部自动完成，彻底避免了可能出现的各种人为误操作所导致的废品。最重要的是，激光切割大大提高了零件的生产效率，从开始编程、准备夹具到切割出合格的产品，激光加工只需数小时就可以完成原来人工需要数周甚至数月的工作量。在 “时间就是金钱”、“时间就是市场”的今天，开发周期的长短直接影响着产品能否成功占领市场和生产厂商的成败，因此，在试制阶段采用激光切割技术已经越来越成为各主机厂、设计公司和模具公司的唯一选择。

　　同传统冲压加工相比的成本优势

　　由于三维激光切割技术在车身试制领域中展现的突出优点，从20世纪90年代初开始，人们开始逐渐考虑将三维激光切割作为切割模具的替代品，直接用于中小批量、变形车、特种车和备件的生产之中。

　　同传统的模具冲压相比，激光切割最大的劣势是单件加工周期相对比较长。以轿车车门内侧板为例，从拉延成型到完成全部冲切工序，采用模具冲压大约需要6min左右（半自动冲压线），而如果采用激光加工则需要10min左右。但作为柔性加工方式的一种典型代表，激光加工所需的准备时间非常短，通过先进的CAD/CAM软件，从数模转换、加工程序生成到工装夹具准备完成，全部过程只需一天的时间，而准备好同样的全部冲切模具则至少需要两到三个月。三维激光加工另一大突出的优点就是大大降低了产品的生产成本。在零件成型后，所有的冲切工作全部可由激光完成，无需准备昂贵的冲切模具，这将大大提高投资回报率。另外，激光加工全部通过数控程序控制，不但可随时根据需要进行修改，而且一旦需要马上可以切换到其他产品的生产，产品改变所需的成本只是重新编程和准备工装的费用，这同更换全套模具所需的巨额投资相比，完全可以忽略不计。

       假设某一个轿车需要10个车身覆盖件，如果采用常规的冲切模具进行生产，所需模具的成本大约在200～400万美元之间，全部的工装准备、设计调试的人天工作量需要25个月，而如果采用三维激光切割设备，全部切割准备的总成本仅为5万美元，而所需的时间也仅为50天。由此可见，即使三维激光切割机的采购成本高达100万美元，生产一个车型所需模具的投资也仅相当于三台大型三维激光切割机床的价格，而且这里还不包括购买压力机所需的费用。

　　因此，对于中小批量规模生产的车型，完全可以考虑用两到三台激光切割机并行工作，替代全部冲切模具的工作，在保证相同生产效率的同时，不但可以为用户节省巨额的模具开发制作成本，而且还可以大大缩短新车上市的时间。这种并行模式所带来的另一个好处是即使一台设备出现了故障，也不会导致整个生产线停机，而只是损失1/3的生产率，大大降低了生产管理风险。最重要的是，一次性购买的激光切割机可以反复用于各种零件的加工，帮助厂家避免了车型改变所带来的投资风险。