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三维激光切割的特点及应用分析

2018-5-18   杭州远华激光
我国对二维激光切割技术的研究较早,但由于种种原因,三维切割技术无论理论研究还是实际应用,都远落后于发达国家,亟需走从国外引进技术和自主研发相结合之道路来改变这一现状。
1979年问世的三维激光切割机,只能进行汽车内饰件的切割,而无法加工金属冲压件。1982年,Prima工业公司创造性地将电容式传感器集成到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汽车车身加工的一种新的精密、灵活的加工手段,广泛应用于汽车、航天航空工业、工程机械、模具、健身器材、钣金加工等制造领域。
三维激光切割最大的特点就是柔性高,尤其适合小批量的三维钣金材料的切割。其高柔性主要表现在两个方面:
1)对材料的适应性强,激光切割机通过数控程序基本上可以切割任意板材闭;
2)加工路径由程序控制,如果加工对象发生变化,只须修改程序即可,这一点在零件修边、切孔时体现得尤为明显,因为修边模、冲孔模对于其他不同零件的加工无能为力,而且模具的成本高,所以目前三维激光切割有取代修边模、冲孔模的趋势。一般来说三维机械加工的夹具设计及其使用比较复杂,但激光加工时对被加工板材不施加机械加工力,这使得夹具制作变得很简单。此外,一台激光设备如果配套不同的硬件和软件,就可以实现多种功能。总之,在实际生产中,三维激光切割在提高产品质量、生产效率,缩短产品开发周期、降低劳动强度、节省原材料等方面优势明显。因此,尽管设备成本高、一次性投资大,国内还是有很多汽车、飞机生产厂家购进了三维激光加工机,部分高校也购进了相应设备进行科研,三维激光技术势必在我国制造业中发挥着越来越大的作用。
与传统的板材切割方法相比,激光切割具有自己独特的优势,主要表现在:
(1)切割精度高、质量好,切口宽度小,热影响区小,切口光洁;
(2)切割速度快,加工效率高;
(3)激光加工是一种非接触式加工,没有机械加工力,不变形,也不存在噪音、油污、加工屑等污染问题,是一种绿色加工;
(4)材料适应性高,几乎可以切割任何金属和非金属材料。三维激光切割比二维切割有着更高的柔性,更智能化,不仅能够切割二维板材,对于复杂的三维零件,理沦上讲,只要厚度合适,都可以采用激光切割。
激光切割应用最广泛的领域是汽车车身设计及制造,主要用来开发新车型、在线切割、变形车生产,例如切割样车零件,车身覆盖件的切孔、修边,切割方向盘孔、车身挡风板、车顶盖支架孔、安全气囊部件、液压成型部件等。BMW、奔驰、Fiat、Volvo、大众、日产等公司都拥有用于车身加工的五轴激光加工机。三维激光切割在车身装配后的加工也十分有用,例如开行李架同定孔、顶盖滑轨孔、天线安装孔、修改车轮挡泥板形状等。在航天航空中,该技术主要用来对已成形的不锈钢、英科乃尔(Inconel)合金、钛和铝材的飞机零件进行打孔、切割和修整。  激光三维切割技术还广泛应用在模具制造、雕刻、石油工业等行业之中。在印刷行业中,激光雕刻切割机利用激光的高能量性和高效率性,通过程序控制对橡胶版进行烧蚀,制造出的印刷版不仅成本低,而且雕刻精细,质量很高;利用激光的高能量特性对刀模板进行深度烧蚀,可以制造出各种高精度的刀模来。在模具制造领域,可以用于加工模具、试模、制造模具。由模具CAD和激光切割相结合能够完成模具内部的复杂结构制造,如深孔、型孔、中空体以及复杂的冷却水道;用激光精细切割薄钢板,然后将其叠加成凹模或凸模。在石油工业中,用该技术来加工割缝筛管。
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