大眾集團最早應用激光焊接技術在白車身加工上，對激光技術在汽車上的應用起到了極大的推廣作用，然而許多人可能不知道，全球排名第一的汽車生產(chǎn)廠商------豐田汽車株式會社，在激光技術的方方面面上也有自己的技術探索與追逐，無論是激光切割、激光焊接還是激光熔覆、激光淬火，甚至用在自動駕駛方面的激光雷達技術，豐田都有涉足于其中。

本期會客室本刊有幸邀請到豐田汽車株式會社GAZOO賽車品牌發(fā)展部集團長谷中耕平先生，為大家分享激光熔覆技術與豐田汽車制造背后的故事。

谷中耕平先生

激光熔覆用于氣缸蓋氣門座制造

谷中耕平先生在轉去豐田旗下GAZOO事業(yè)部前，曾擔任豐田表面改造技術部鍛壓設備技術室集團長一職多年，對激光表面處理有著深刻的理解和見識。結合實踐經(jīng)驗，谷中耕平先生在采訪時著重介紹了豐田汽車公司開發(fā)的耐磨合金直接沉積在氣缸蓋氣門座上的激光熔覆技術。他表示：“與傳統(tǒng)的壓配燒結閥座相比，這種直接沉積工藝通過提高導熱系數(shù)來提高抗爆震性，同時通過增加氣門設計靈活性來改善燃燒效率。”

這項技術已在Toyota New Global Architecture發(fā)動機系列中采用，谷中耕平先生進一步解釋道，“通過這項技術，我們還實現(xiàn)了創(chuàng)新的氣缸蓋設計，這能夠幫助我們改善熱效率與功率之間的權衡關系?！彼^續(xù)談到：“為了使該技術能夠作為豐田發(fā)動機陣容中的全球標準得以應用，豐田還開發(fā)了一種具有高度可靠設備的新型節(jié)能制造工藝來促進將該技術實施到日本以外的生產(chǎn)工廠?！?/p>

采訪中，谷中耕平先生介紹了：Toyota New Global Architecture（TNGA）是一種豐田的設計理念，旨在實現(xiàn)世界領先的熱效率和特定功率水平。他解釋道：“想要達成這些目標，就需要通過高速燃燒形成強烈的滾流和降低進氣阻力來實現(xiàn)，而這兩個目標通常不能共存。”因此，為了達成目標，需要創(chuàng)新性的閥座設計?！皞鹘y(tǒng)的壓配燒結閥座需要一定的基板厚度才能將閥座固定在適當?shù)奈恢?，從而對端口形狀產(chǎn)生約束并產(chǎn)生壓力損失，”他講到，“然而，采用激光熔覆的閥座讓進氣口能被設計成直的流路，從而可以在保持高流速的同時將進氣吸入燃燒室?！?/p>

Mirai（日語：未來）是一款氫燃料電池車，于2014年12月15日在日本正式上市，這個命名代表了豐田對新能源汽車未來市場的看法和信心，2020最新款Mirai是基于豐田的高檔后輪驅(qū)動TNGA平臺完全重新設計的，激光熔覆技術同樣起到了突出作用。

受益于汽業(yè)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展激光熔覆技術闊步向前

激光熔覆閥座于1997年在豐田日本工廠的生產(chǎn)線上采用，隨后進行了批量生產(chǎn)。據(jù)谷中耕平先生表示，豐田是全世界最先擁抱這項技術的為數(shù)不多的公司之一?！霸谧畛醯倪^程中，我們只需要通過固定激光光源、粉末和保護氣體的加工點并旋轉工件，就可以實現(xiàn)穩(wěn)定的熔覆質(zhì)量。但是，那時候的激光熔覆機非常大，并且當時使用的是二氧化碳激光作為熱源，會消耗大量能量。由于二氧化碳激光器的轉換效率低和介質(zhì)氣體的替代，熔覆設備的成本不僅很高，而且那時候設備中的激光器、粉末和氣體的相對結構位置非常復雜?！?/p>

TNGA發(fā)動機系列的全球生產(chǎn)要求減小包層機的尺寸，降低工藝能耗，并簡化維護和控制方法。為了解決這些問題，豐田開發(fā)了一種創(chuàng)新的熔覆工藝，來取代傳統(tǒng)的工件旋轉工藝，該工藝使用多個主軸的同時控制功能，通過刀具旋轉工藝來旋轉加工點，同時使用緊湊高效的半導體激光器作為光源。

谷中耕平先生介紹：“緊湊高效的半導體激光器能量密度低，光的能量輸出更為穩(wěn)定，所以在過程中實現(xiàn)了溫和的無濺射目標。我們還針對激光熔覆的送粉設備進行了改善，由于送粉設備十分精密，如果和工具同步旋轉的話，極有可能導致故障，所以我們使用了一種用恒定速率流動的載氣輸送粉末，這個載氣輸送的粉末設備是我們由傳統(tǒng)的進料設備改造而成，”他進一步解釋，“我們把進料設備封閉在一個氣密的容器中，并設置了一個從送粉器到加工點的封閉系統(tǒng)，以防粉末污染?！?/p>

上述改進措施配合刀具旋轉工藝，不僅把機器占地面積降低到傳統(tǒng)工藝的三分之一以下，還把能耗降低到了傳統(tǒng)方法的五分之一以下。此外，開發(fā)的處理噴嘴可自動定位和固定三個處理元件（激光，粉末和氣體），進一步簡化了生產(chǎn)現(xiàn)場需要的維護和控制。

“未來，汽車行業(yè)會越來越聚焦新能源汽車，作為世界上最早量產(chǎn)混動汽車的品牌，豐田在新能源領域也一直在努力嘗試，除了混合動力汽車以外，豐田還對增程插電、氫能源電池汽車進行了戰(zhàn)略布局。而我們?nèi)缟纤龅募す馊鄹布夹g，不僅可以應用在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機上，在新能源汽車上也會大有作為?！惫戎懈较壬缡潜硎?，“Mirai（日語：未來）是一款氫燃料電池車，于2014年12月15日在日本正式上市，這個命名代表了豐田對新能源汽車未來市場的看法和信心，2020最新款Mirai是基于豐田的高檔后輪驅(qū)動TNGA平臺完全重新設計的，激光熔覆技術同樣起到了突出作用?！?/p>

采訪最后，谷中耕平先生表示，相信隨著新能源汽車技術地不斷發(fā)展，會對配套的激光技術同樣提出許多新的要求，也會有更多挑戰(zhàn)亟待解決，豐田汽車也會緊隨技術與時代的潮流，結合自身豐富的工程應用經(jīng)驗，開發(fā)出更多的激光技術。