20世紀(jì)70年代,美國進(jìn)行了兩大研究:一是福特汽車公司進(jìn)行的車身鋼板的激光焊接;二是通用汽車公司進(jìn)行的動力轉(zhuǎn)向變速箱內(nèi)表面的激光淬火。這兩項(xiàng)研究推動了之后的工業(yè)制造業(yè)中的激光加工技術(shù)的發(fā)展。到80年代后期,激光加工的應(yīng)用實(shí)例有所增加,其中增長最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。這3項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展成熟,應(yīng)用也很廣泛。
隨著激光加工技術(shù)的不斷完善和提高,國內(nèi)外各類制造業(yè)逐漸加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。通用、福特、奔馳、大眾、豐田等汽車制造商運(yùn)用激光技術(shù)進(jìn)行表面硬化、焊接切割。
一、激光技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用
汽車工業(yè)是激光加工應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一。激光加工通常以切割和焊接為主。在汽車樣車和小批量生產(chǎn)中大量使用三維激光束切割機(jī),對普通鋁、不銹鋼等薄板、帶材的切割加工。應(yīng)用激光加工,不僅大幅度縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,并且使車間生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了柔性化,加工面積減小了一半。由于它的加工效率高,比機(jī)械加工方式的加工費(fèi)用減少了50%。激光焊接在汽車工業(yè)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝,主要用于車身拼焊、焊接和零件焊接。由于激光拼焊具有減少零件和模具數(shù)量、減少點(diǎn)焊數(shù)目、優(yōu)化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好處,其被用于如前檔風(fēng)玻璃框架、車門內(nèi)板、車身底板、中立柱等的生產(chǎn)中。而激光焊接主要用于車身框架結(jié)構(gòu)的焊接,例如頂蓋與側(cè)面車身的焊接。用激光焊接技術(shù),工件連接之間的接合面寬度可以減少,既降低了板材使用量也提高了車體的剛度,目前已經(jīng)被世界上部分生產(chǎn)高檔轎車的大汽車制造商和領(lǐng)先的配件供應(yīng)商所采用。
第一次激光拼焊試驗(yàn)是在1981年的英國萊蘭,而真正的使用是在1983年 -- 德國汽車制造商奧迪需要足夠大的金屬板材沖壓進(jìn)轎車底盤,這次才是公認(rèn)的首次關(guān)于激光拼焊板的生產(chǎn)。由于德國鋼廠沒有合適尺寸的鋼板,Thyssen Steel 公司采用 Rofin Sinar 1.5千瓦 CO2激光器將兩塊現(xiàn)有的鋼板焊接在一起,以滿足沖壓所需要的尺寸。因此誕生了激光拼焊的業(yè)務(wù),現(xiàn)在全球各大汽車生產(chǎn)商廣泛采用此技術(shù)加工的零部件。1984年豐田公司震驚了全球的汽車業(yè),該公司在凱美瑞車上推出了激光焊接五片式車輪擋圈,允許選擇金屬的厚度,以減少重量,從而能節(jié)省更多的燃料。由于汽車業(yè)對拼焊部件的需求逐年上升,興起了一批生產(chǎn)拼焊板的分包商,他們需要購買更高功率(高達(dá)8kW)的 CO2 激光器。激光拼焊用來設(shè)計(jì)和生產(chǎn)更輕、更節(jié)能的交通工具,貢獻(xiàn)巨大。其將不同種類、厚度的鋼材接合起來的能力使得設(shè)計(jì)師能夠極大地提升車身設(shè)計(jì);在最大限度減少標(biāo)準(zhǔn)組件數(shù)量的情況下,仍能滿足嚴(yán)格的碰撞標(biāo)準(zhǔn)。
另外,其他激光技術(shù)在汽車行業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用。激光表面處理被用于汽車的發(fā)動機(jī)閥座、車頂外殼與框架等零部件的制造中,如鋼套、曲軸、活塞環(huán)和齒輪等的熱處理,在經(jīng)激光熱處理后,不必再進(jìn)行后處理,可直接送到裝配線上安裝。激光測量可以快速和非常精確地檢驗(yàn)每一個成品零部件的尺寸是否與設(shè)計(jì)尺寸完全一致;汽車車身的激光在線檢測,及時反饋產(chǎn)品的誤差信息,大量程、直觀、快速、精度高;無接觸激光測量系統(tǒng)被用于無接觸激光測量的最佳解決方案。而且,激光測量儀能夠最迅速地將一個零部件或物理模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化文件,這種文件可以用各種方法處理并同其他文件進(jìn)行比較。激光快速成型技術(shù)是突破了制造業(yè)的傳統(tǒng)模式,成為當(dāng)前最具吸引力的技術(shù)。激光快速成型技術(shù)可使新產(chǎn)品及早投放市場,極大地提高了汽車生產(chǎn)企業(yè)對市場的應(yīng)用能力和產(chǎn)品的競爭能力。
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