軌道車輛制造中激光加工技術應用現(xiàn)狀

　　1.激光切割技術

　　激光切割作為一種柔性加工技術，具有高精度、高效率、熱變形小和適應性強等優(yōu)點，目前國內外的軌道車輛制造廠家普遍采用激光加工技術進行不銹鋼、碳鋼、鋁合金等金屬板料的加工。加工的產品主要有車體、轉向架、內裝部位的金屬板材零件，多數(shù)為二維平面切割，通過激光切割加工出零件的外形輪廓和孔，獲得較高的精度和切割斷面質量。激光加工采用的主要設備為各種規(guī)格的激光切割機，各廠家根據(jù)產能的不同，擁有多臺激光切割機。一般情況下，碳鋼和不銹鋼板普遍采用CO2激光切割機或固體激光切割機；鋁合金板采用固態(tài)激光切割機；對于10~20mm厚的碳鋼板材，普遍采用CO2激光切割機，可以達到較高的切割速度和良好的斷面切割質量。

　　由于激光加工技術的應用，實現(xiàn)了柔性加工，取代了大量的沖壓模具，縮短了沖壓生產的準備周期，節(jié)約了大量模具成本，因此激光切割已經成為國內外軌道車輛制造業(yè)中金屬板材下料的主要手段，如圖1、圖2所示。

　　評價激光切割的精度主要有三類指標：①切割斷面指標：主要有斷面粗糙度、切割斜度、掛渣及熱變形等。②幾何公差指標：主要有孔圓度、位置度、重復精度及尺寸誤差等。③氧化層和熱影響區(qū)等。參照國家標準：GB/Z18462—2001激光加工機械—金屬切割的性能規(guī)范與標準檢查程序。

　　實際生產中影響激光切割精度的原因有很多，如設備精度、切割參數(shù)、氣體純度、材料種類、厚度及環(huán)境因素等。選用設備時要根據(jù)設備制造商提供的精度測試數(shù)據(jù)和曲線來衡量設備能夠達到的精度。一般情況下，激光切割的光束定位精度為±0.03mm；切割面粗糙度Ra=12.5μm左右；實際切割的誤差為0.1~0.3mm。

 

軌道車輛制造中激光加工技術發(fā)展趨勢

　　1.激光切割技術

　　三維激光切割技術剛剛在國內軌道車輛制造業(yè)進行應用，主要進行各種三維沖壓件的切割、割孔，一般配置機械手、光纖激光、交換工作臺、閉路實時監(jiān)控顯示、封閉切割間、除塵及編程系統(tǒng)。能夠實現(xiàn)各種三維工件進行三維切割、割孔；配置的交換工作臺可進行工件交換切割，提高效率；離線和示教編程，提高切割精度；實現(xiàn)安全環(huán)保。該設備在生產中的應用，解決了各種復雜工件的三維切割，代替落后的無齒具、手工等離子切割工藝，不僅提高產品質量，而且解決了環(huán)境污染問題，如圖7所示。

　　另外，伴隨著激光切割技術的不斷發(fā)展和廣泛應用，激光加工技術在軌道車輛制造中將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：

　　（1）激光切割設備的大型化對大長件的加工，尤其是組成部件后進行激光切割，將提高大型工件加工能力和質量。

　?。?）激光切割設備的專用化針對碳鋼、不銹鋼、鋁合金材料，尤其是不同厚度的材料選用不同的切割設備；例如鋁合金切割采用合適功率的光纖激光，減少反射對設備危害，提高質量；厚碳鋼板采用CO2激光切割，提高速度和斷面質量；薄板采用效率高、成本低的光纖激光切割。

　?。?）激光切割技術的進一步創(chuàng)新和提高隨著需求的多元化對激光切割技術提出更高要求，勢必促進激光切割技術的革命，更先進的技術和設備將應運而生。同時激光切割技術的廣泛應用，也將為激光切割技術的創(chuàng)新和改進提供有效的數(shù)據(jù)和經驗?？傊?，切割質量進一步提高將是永無止境的目標。

　　2.激光焊接

　　激光-電弧復合焊是近年來開發(fā)的一種高能束焊接方法，通過激光和電弧同時向焊接區(qū)輸入能量，同時作用于焊縫區(qū)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，形成了一種新的高效焊接熱源。目前，激光-電弧復合焊接技術已經在汽車、船舶、航天航空、石油管道等方面得到了實際應用；激光-MIG復合焊具有比激光焊和電弧焊熔深大，焊接速度快、焊縫成形比激光焊好、熱輸入熱輸入小，焊接變形小，焊接強度損失小、對接頭間隙不敏感等優(yōu)點。該技術在國內軌道車輛行業(yè)還沒有實際應用案例，只進行了相關的工藝試驗開發(fā)并取得一定的成果，如圖8所示。