摘要

目前，在車身熱衝(chong) 壓成型領域，三維五軸激光切割機床的技術應用已經相當成熟。隨著熱衝(chong) 壓成型技術的日趨成熟，以及汽車製造商對熱衝(chong) 壓零件供應商壓低報價(jia) ，汽車熱衝(chong) 壓零部件供應商對於(yu) 三維五軸激光切割設備的需求也在發生變化。隨著熱衝(chong) 壓市場的發展，客戶群和客戶需求也隨之改變，從(cong) 開始時的追求高效率、高質量切割、高精度及長期穩定性，到目前更傾(qing) 向於(yu) 兩(liang) 個(ge) 不同維度的要求：更低的投資成本和更高生產(chan) 效率。此次研究得出的結果是基於(yu) ：當前熱衝(chong) 壓市場不同客戶的需求，以及三維五軸激光切割加工中心新的技術創新。其中一個(ge) 就是最新的二合一光纖應用於(yu) 三維五軸的切割，在相同的激光功率條件下，提高整個(ge) 加工中心對於(yu) 單件部件的切割效率，另一個(ge) 是如何在滿足一些客戶需求的同時，降低設備的投資成本。

關(guan) 鍵詞：激光工藝  三維五軸激光切割  熱衝(chong) 壓零部件 

三維五軸激光切割技術在汽車熱衝(chong) 壓領域已有多年的應用。2006年，應用在汽車熱衝(chong) 壓領域的三維五軸激光切割技術引入中國市場，並且目前一直在持續發展。在過去的17年間，隨著該技術的發展越來越趨於(yu) 成熟，熱成型衝(chong) 壓件的成本已經大幅降低，熱衝(chong) 壓零件在汽車上的應用比例也在逐步增高。三維激光切割已經是熱衝(chong) 壓工藝中的重要一環。熱衝(chong) 壓零件的生產(chan) 廠商對三維五軸激光切割設備的要求也越來越高。設備的采購成本和加工效率是客戶目前最關(guan) 心的兩(liang) 個(ge) 因素。

圖1. 三維五軸激光切割加工中心的主要部件

這裏介紹三維激光切割加工設備的主要部件，主要為(wei) ：床身，激光光纖線纜，激光光源，切割頭。

(1)床身: 加工中心主要結構和運動機構的支撐。

(2)光纖線纜: 激光的傳(chuan) 輸機構，用於(yu) 將光源生成的激光傳(chuan) 輸到激光切割頭（圖1）

(3)激光光源: 激光的生成裝置，通常是固態光源。

切割頭: 將激光聚焦在生產(chan) 或者加工處理零件的表麵。

特殊光束質量下的激光切割工藝分析

最新的激光技術是應用於(yu) 熱衝(chong) 壓三維五軸激光切割的二合一光纖激光切割技術(BrightLine Speed)。二合一光纖線纜非常合理的匹配出2種直徑的光芯（內(nei) 部和外部光纖芯），光源產(chan) 生的激光的光束質量可以通過調節激光光束的內(nei) 芯和外芯直徑的組合而改變。在形成最適合三維激光切割的光束比之後，這個(ge) 新技術可以有效提升加工中心係統的切割速度和負責型麵的熱衝(chong) 壓件切割質量（圖2）。

圖2. 光束截麵的能量分布。右側(ce) 是普通單光源光束ϕ100 μm,左側(ce) 是二合一激光的光束質量。

目前市場上的三維五軸激光切割設備均使用單光束，而通過使用二合一光纖，在相同的功率下能加快衝(chong) 壓件的切割速度——我們(men) 采用通快三維五軸激光切割設備TruLaser Cell 8030測試兩(liang) 種模式進行對比：一種是二維平板切割，另一種是三維立體(ti) 的熱衝(chong) 壓件。

二維平板的切割測試數據

圖 3. 通快TruLaser Cell 8030二維平板切割測試

表1. 二合一環芯可調切割二維平板時間數據對比。測試設備是TruLaser Cell 8030

表2. 3KW帶二合一環芯可調和4kw普通光束切割二維平板的速度對比。測試設備是TruLaser Cell 8030

如圖3、表1和表2所示的二維激光切割測試數據，我們(men) 得出的結論 1:

(1)使用3KW功率激光，二合一光纖激光切割2mm厚度鋼板，速度可以提升超過 30%。用於(yu) 切割1mm厚度鋼板，速度可以提升接近50%。

(2)使用3KW功率激光，二合一光纖激光切割<2mm厚度材料，速度比4KW功率普通激光的光束稍快。

三維衝(chong) 壓件的切割測試數據

二合一光纖帶來的切割速度提升和更好的激光光束質量，新的光束波形隻需更小的切割嘴，切割相同板料時，消耗的氣體(ti) 更少，而切割質量相同。表4是切割測試的比較（圖4，5和表3）

圖4.利用TruLaser Cell 8030進行三維立體(ti) 切割測試

表3. 3KW帶二合一環芯可調和4kw普通光束切割的速度對比。測試設備是TruLaser Cell 8030 3KW

表4. 切割氣體(ti) 消耗量數據對比（切割氣體(ti) 消耗量數據對比 [m³/m]）

結論2:

當采用3kw功率激光，二合一光纖激光束切割1.5mm厚度工件，與(yu) 4kw普通激光束比較可以提升8%的效率。二合一光纖激光束比較普通激光束，切割可節省50%的氣體(ti) 消耗。

圖5. 標準X-Blast 噴嘴技術（左圖）和二合一環芯可調X-Blast 噴嘴技術氣體(ti) 消耗的界麵圖（右圖）

結論與(yu) 展望

二合一光纖激光束切割技術對使用三維五軸激光切割的熱衝(chong) 壓零件製造商，具有提升產(chan) 能和節約成本的巨大潛力，具體(ti) 如下：

(1) 采用二合一光纖激光切割技術加工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) 加工小於(yu) 2 mm厚度的板料，3kw功率二合一光纖激光的切割速度快於(yu) 4kw普通激光的切割速度。

(3) 加工1.5 mm厚度板料，3kw功率二合一光纖激光的切割效率可提升8%。

(4) 3kw功率二合一光纖激光的切割工藝相較普通激光可節省50%的氣體(ti) 消耗。

隨著中國市場的競爭(zheng) 加劇，熱衝(chong) 壓客戶越來越需要壓縮生產(chan) 成本，在不遠的將來，三維五軸激光工藝的發展將聚焦在設備的使用成本和性能的提升，與(yu) 此同時，熱衝(chong) 壓件在汽車上的使用比率還將進一步提高。

（來源：《熱成形產(chan) 業(ye) 聯盟》、熱衝(chong) 壓；作者：通快）