【技术热点】三维五轴激光在热冲压成形应用上的工艺提升
三维五轴激光切割技术在汽车热冲压领域已有多年的应用。2006年，应用在汽车热冲压领域的三维五轴激光切割技术引入中国市场，并且目前一直在持续发展。在过去的17年间，随着该技术的发展越来越趋于成熟，热成型冲压件的成本已经大幅降低，热冲压零件在汽车上的应用比例也在逐步增高。三维激光切割已经是热冲压工艺中的重要一环。热冲压零件的生产厂商对三维五轴激光切割设备的要求也越来越高。设备的采购成本和加工效率是客户目前最关心的两个因素。
这里介绍三维激光切割加工设备的主要部件，主要为：床身，激光光纤线缆，激光光源，切割头。
(1)床身: 加工中心主要结构和运动机构的支撑。
(2)光纤线缆: 激光的传输机构，用于将光源生成的激光传输到激光切割头（图1）
(3)激光光源: 激光的生成装置，通常是固态光源。
切割头: 将激光聚焦在生产或者加工处理零件的表面。
特殊光束质量下的激光切割工艺分析
目前市场上的三维五轴激光切割设备均使用单光束，而通过使用二合一光纤，在相同的功率下能加快冲压件的切割速度——我们采用通快三维五轴激光切割设备TruLaser Cell 8030测试两种模式进行对比：一种是二维平板切割，另一种是三维立体的热冲压件。
二维平板的切割测试数据
表1. 二合一环芯可调切割二维平板时间数据对比。测试设备是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
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4 mm
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3 KW普通光束100 μm
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29
|
15
|
8
|
5
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3 KW带二合一环芯可调[mm/min]
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43
|
20
|
10
|
5
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切割速度提升百分比
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48%
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33%
|
25%
|
0%
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表2. 3 KW带二合一环芯可调和4kw普通光束切割二维平板的速度对比。测试设备是TruLaser Cell 8030
板料厚度 [mm]
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1 mm
|
2 mm
|
3 mm
|
4 mm
|
3 KW带二合一环芯可调[mm/min]
|
43
|
20
|
10
|
5
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4 KW 普通激光束100μm
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40
|
19
|
15
|
5
|
如图3、表1和表2所示的二维激光切割测试数据，我们得出的结论 1:
(1)使用3KW功率激光，二合一光纤激光切割2mm厚度钢板，速度可以提升超过 30%。用于切割1mm厚度钢板，速度可以提升接近50%。
图4.利用TruLaser Cell 8030进行三维立体切割测试
表3. 3 KW带二合一环芯可调和4kw普通光束切割的速度对比。测试设备是TruLaser Cell 8030 3KW
激光功率 [kW]
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3 kw
|
3 kw
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零件描述
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较少异形面B轴/C轴
较多平直面
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较多异形面B轴/C轴
较少平直面
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板料厚度 [mm]
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1.2 mm & 1.5 mm
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1.5 mm
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内轮廓数量
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30
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20
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带二合一环芯可调切割时间 (单工件)
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~45 s
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~37 s
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不带二合一环芯可调切割时间 (单工件) |
~49 s
|
~40 s
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切割时间的节省百分比
|
~8 %
|
~7.5 %
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切割气体消耗量数据对比 [m³/m]
板料厚度 [mm]
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1 mm
|
2 mm
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3 KW 普通激光束100 μm
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0.17
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0.65
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3 KW 带二合一环芯可调切割激光束
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0.1
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0.27
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切割气体消耗量比率
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58%
|
41.5%
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结论2:
二合一光纤激光束切割技术对使用三维五轴激光切割的热冲压零件制造商，具有提升产能和节约成本的巨大潜力，具体如下：
(1) 采用二合一光纤激光切割技术加工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功率二合一光纤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功率二合一光纤激光的切割效率可提升8%。
(4) 3kw功率二合一光纤激光的切割工艺相较普通激光可节省50%的气体消耗。
随着中国市场的竞争加剧，热冲压客户越来越需要压缩生产成本，在不远的将来，三维五轴激光工艺的发展将聚焦在设备的使用成本和性能的提升，与此同时，热冲压件在汽车上的使用比率还将进一步提高。
参考文献
END
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