大眾(zhong) 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(chan) 廠商------豐(feng) 田汽車株式會(hui) 社，在激光技術的方方麵麵上也有自己的技術探索與(yu) 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麵的激光雷達技術，豐(feng) 田都有涉足於(yu) 其中。

本期會(hui) 客室本刊有幸邀請到豐(feng) 田汽車株式會(hui) 社GAZOO賽車品牌發展部集團長穀中耕平先生，為(wei) 大家分享激光熔覆技術與(yu) 豐(feng) 田汽車製造背後的故事。

穀中耕平先生

激光熔覆用於(yu) 氣缸蓋氣門座製造

穀中耕平先生在轉去豐(feng) 田旗下GAZOO事業(ye) 部前，曾擔任豐(feng) 田表麵改造技術部鍛壓設備技術室集團長一職多年，對激光表麵處理有著深刻的理解和見識。結合實踐經驗，穀中耕平先生在采訪時著重介紹了豐(feng) 田汽車公司開發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(yu) 傳(chuan) 統的壓配燒結閥座相比，這種直接沉積工藝通過提高導熱係數來提高抗爆震性，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發動機係列中采用，穀中耕平先生進一步解釋道，“通過這項技術，我們(men) 還實現了創新的氣缸蓋設計，這能夠幫助我們(men) 改善熱效率與(yu) 功率之間的權衡關(guan) 係。”他繼續談到：“為(wei) 了使該技術能夠作為(wei) 豐(feng) 田發動機陣容中的全球標準得以應用，豐(feng) 田還開發了一種具有高度可靠設備的新型節能製造工藝來促進將該技術實施到日本以外的生產(chan) 工廠。”

采訪中，穀中耕平先生介紹了：Toyota New Global Architecture（TNGA）是一種豐(feng) 田的設計理念，旨在實現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，而這兩(liang) 個(ge) 目標通常不能共存。”因此，為(wei) 了達成目標，需要創新性的閥座設計。“傳(chuan) 統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的位置，從(cong) 而對端口形狀產(chan) 生約束並產(chan) 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(cong) 而可以在保持高流速的同時將進氣吸入燃燒室。”

Mirai（日語：未來）是一款氫燃料電池車，於(yu) 2014年12月15日在日本正式上市，這個(ge) 命名代表了豐(feng) 田對新能源汽車未來市場的看法和信心，2020最新款Mirai是基於(yu) 豐(feng) 田的高檔後輪驅動TNGA平台完全重新設計的，激光熔覆技術同樣起到了突出作用。

受益於(yu) 汽業(ye) 產(chan) 業(ye) 蓬勃發展激光熔覆技術闊步向前

激光熔覆閥座於(yu) 1997年在豐(feng) 田日本工廠的生產(chan) 線上采用，隨後進行了批量生產(chan) 。據穀中耕平先生表示，豐(feng) 田是全世界最先擁抱這項技術的為(wei) 數不多的公司之一。“在最初的過程中，我們(men) 隻需要通過固定激光光源、粉末和保護氣體(ti) 的加工點並旋轉工件，就可以實現穩定的熔覆質量。但是，那時候的激光熔覆機非常大，並且當時使用的是二氧化碳激光作為(wei) 熱源，會(hui) 消耗大量能量。由於(yu) 二氧化碳激光器的轉換效率低和介質氣體(ti) 的替代，熔覆設備的成本不僅(jin) 很高，而且那時候設備中的激光器、粉末和氣體(ti) 的相對結構位置非常複雜。”

TNGA發動機係列的全球生產(chan) 要求減小包層機的尺寸，降低工藝能耗，並簡化維護和控製方法。為(wei) 了解決(jue) 這些問題，豐(feng) 田開發了一種創新的熔覆工藝，來取代傳(chuan) 統的工件旋轉工藝，該工藝使用多個(ge) 主軸的同時控製功能，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(ti) 激光器作為(wei) 光源。

穀中耕平先生介紹：“緊湊高效的半導體(ti) 激光器能量密度低，光的能量輸出更為(wei) 穩定，所以在過程中實現了溫和的無濺射目標。我們(men) 還針對激光熔覆的送粉設備進行了改善，由於(yu) 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(men) 使用了一種用恒定速率流動的載氣輸送粉末，這個(ge) 載氣輸送的粉末設備是我們(men) 由傳(chuan) 統的進料設備改造而成，”他進一步解釋，“我們(men) 把進料設備封閉在一個(ge) 氣密的容器中，並設置了一個(ge) 從(cong) 送粉器到加工點的封閉係統，以防粉末汙染。”

上述改進措施配合刀具旋轉工藝，不僅(jin) 把機器占地麵積降低到傳(chuan) 統工藝的三分之一以下，還把能耗降低到了傳(chuan) 統方法的五分之一以下。此外，開發的處理噴嘴可自動定位和固定三個(ge) 處理元件（激光，粉末和氣體(ti) ），進一步簡化了生產(chan) 現場需要的維護和控製。

“未來，汽車行業(ye) 會(hui) 越來越聚焦新能源汽車，作為(wei) 世界上最早量產(chan) 混動汽車的品牌，豐(feng) 田在新能源領域也一直在努力嚐試，除了混合動力汽車以外，豐(feng) 田還對增程插電、氫能源電池汽車進行了戰略布局。而我們(men) 如上所述的激光熔覆技術，不僅(jin) 可以應用在傳(chuan) 統的內(nei) 燃機上，在新能源汽車上也會(hui) 大有作為(wei) 。”穀中耕平先生如是表示，“Mirai（日語：未來）是一款氫燃料電池車，於(yu) 2014年12月15日在日本正式上市，這個(ge) 命名代表了豐(feng) 田對新能源汽車未來市場的看法和信心，2020最新款Mirai是基於(yu) 豐(feng) 田的高檔後輪驅動TNGA平台完全重新設計的，激光熔覆技術同樣起到了突出作用。”

采訪最後，穀中耕平先生表示，相信隨著新能源汽車技術地不斷發展，會(hui) 對配套的激光技術同樣提出許多新的要求，也會(hui) 有更多挑戰亟待解決(jue) ，豐(feng) 田汽車也會(hui) 緊隨技術與(yu) 時代的潮流，結合自身豐(feng) 富的工程應用經驗，開發出更多的激光技術。