五軸激光切割技術在車模具製作中的應用

發布者: 發布時間:2012/5/17 17:12:06 閱讀:次 【字體:

在航空、航天工業中,五軸技術很聞名,如葉輪、葉片、結構件銑削等方麵的應用,五軸聯動經過多年的應用已成為一種成熟、前沿的技術。這項技術近年來在特殊項目及產品上也得到了廣泛的應用,如五軸激光加工技術。近幾年激光技術得到了快速發展,已成為主流的切割技術。因其具有較好的切割質量與精度,以及無與倫比的加工速度,板材行業普遍認為激光切割在將來極有可能取代衝壓成為主流的鈑金加工技術。

激光切割的原理

激光切割的原理是:在激光束能量作用下(在氧助切割機製下,還要加上噴氧氣與到達燃點的金屬發生放熱反應放出的熱量),材料表麵被迅速(感應範圍內)加熱到幾千乃至上萬度而熔化或汽化,隨著汽化物逸出和熔融物體被輔助高壓氣體(氧氣或氮氣等)吹走,切縫產生。

在切割實際操作中有氧割和氮割之分,在保持同樣切割精度前提下,氧割熱量大、速度快,但是切邊有褐色、薄氧化層;氮氣需要用高壓氮氣,速度慢、成本高,但切邊無氧化、呈銀灰色,可以直接進行焊接,常用來切割要求較高的不鏽鋼一類材料。

五軸激光加工技術在現代模具製造中的優勢

激光加工已成為現代汽車製造不可或缺的技術,代替傳統的手工切割+衝裁模製造方式已成為國際上大力發展的一項先進技術。眾所周知,在模具的製作過程中,修邊、衝孔工序一直是模具製造過程中的難點,特別是一些結構複雜的斜切、斜衝、斜翻等大型汽車模具。修邊線的確定如果采用傳統的製作方式十分困難,且需反反複複摸索幾次甚至十多次,給鉗工、加工設備帶來了極大的工作量,不但對鉗工的技能水平提出了較高的要求,而且會嚴重地影響後工序模具的調試。且現實中有很多修邊、衝孔模的切刃材質從成本上考慮采用了合金鋼,如Cr12、Cr12MoV等,如果采用傳統的修邊模製作方法,就難免會對刃口進行多次堆焊,由於諸如上麵的材料在進行多次堆焊的過程中,容易開裂而致使鑲件報廢,不得不重新補料再加工,這樣,不但周期會被滯後,而且模具的製作成本也會大幅增加。如果采用激光切割技術,對於開發如圖1所示的汽車零件,等拉延模樣件(圖2所示)試模成功後,就可以用激光切割來替代修邊、衝孔工序,沿圖2上所示的修邊線進行切割,把切割所得的樣件直接用於下一道翻邊工序進行試模,把所得的最終樣件與檢具進行比較,如果有差異,通過計算機對上次的修邊線進行修整再次切割,直至成功。整個過程節省了兩道工序,完全改變了傳統的單線串行製作方式,很大程度上縮短了工藝流程和降低了模具製作成本。基於五軸激光加工技術在現代模具製作的過程中有著這樣明顯的優勢,因此,倍受很多模具企業的青睞,並得到了廣泛、成功的應用。

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多軸激光加工的工藝流程及編程策略

激光多軸切割與其它多軸數控加工一樣,都會涉及到工件定位夾具的問題, 來自英國Camtek公司的PEPS軟件解決這一問題的方法非常簡單、實用。PEPS使用了一個夾具自動報表,首先通過CAD轉換接口讀入產品模型數據,並對碎麵與破麵等丟失或失真的數據進行修複,然後為加工模型設置參考位置進行固定,確定需要加工的範圍、高度以及夾具材質、板厚等參數,係統會根據這些參數產生適當的產品截麵輪廓線,生成實體輪廓圖形支撐工件,在確定好夾具相應的間距後,這些實體的夾具會自動生成二維平麵圖形,按預先提供的夾具板材大小,生成自動排樣好的圖形文件與NC切割文件,使夾具的製作簡便、快捷。但切割鈑金件與加工模具或其它機加產品不同,由於夾具和被切割的產品都是一些相對較薄的鈑金件,其強度比較弱,除了一些輔助措施(如在非幹涉區域加定位銷或壓嵌夾)以提高產品的定位精度外,程序的編製也尤為關鍵。眾所周知,板件衝壓成型後,根據產品形狀的不同有著不同程度的回彈,切割順序的不同,在內部應力的釋放和切割時的輔助高壓氣體的衝擊下,回彈和變形的程度也有所不同,對後續切割產品的定位有著很大的影響,所以切割一般遵循先孔後邊、先小後大、先內後外的原則,對於一些複雜的產品需做特殊處理的例外;刀軸矢量的控製一直是五軸加工技術中的重點和難點,在刀軸矢量的控製方麵,PEPS五軸編程係統具有較智能化和便捷、靈活的控製模塊,在程序的編製過程中,係統會根據產品曲麵上的三維輪廓自動捕捉各節點的矢量方向,不需編程技術人員設置驅動麵或驅動線而產生流暢的加工軌跡。對於一些形狀複雜的產品,由於局部曲率有很大的變化,如R附近,切割時曲率的改變造成進給的減小,使激光的能量在有效的切割長度內集聚堆積而燒傷產品,嚴重影響產品的質量,這就需要對這些區域的刀軸矢量方向做適當的調整,使之產生理想的刀軌。

同許多大的航空公司和汽車公司目前使用的傳統的複雜加工軟件相比,PEPS五軸編程係統的連續五軸加工更加簡便。其加工對象的相對單一和任意點矢量可調功能的成功開發,高效、準確的實體仿真,使它從煩瑣的加工策略和程序調試中解脫出來,它的靈活、直觀和易用性使得激光多軸程序的設計對技術工程師來說更易掌握,同時也對該項技術在生產中的應用和推廣創造了有利條件。

雖然激光切割具有速度快、精度高等優點 ,激光切割技術是激光加工應用領域的重要部分,是當前世界上先進的切割工藝之一,但也有一定的局限性,不僅是其昂貴的設備和相應編程軟件製約著它的發展,其激光器參數和切割參數的合理使用也需要進一步的研究與探索。

 

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