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淺談光制造技術(shù)在現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)中的運(yùn)用

利用激光通過與物質(zhì)的相互作用，按一定要求進(jìn)行的加工或成型，統(tǒng)稱為光制造。近20年，光制造技術(shù)已滲透到高新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，并開始取代或改造某些傳統(tǒng)加工行業(yè)。在發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車工業(yè)中，有50%-70%的零部件是采用激光加工完成的。光制造技術(shù)在提高汽車工業(yè)的研發(fā)與制造水平中，正發(fā)揮著越來越重要的作用。

一 光制造技術(shù)的特點(diǎn)

目前光制造技術(shù)所用的光源主要是激光，激光束具有高能量密度、高單鈀性、高方向性的特點(diǎn)，使光制造技術(shù)具有許多傳統(tǒng)制造技術(shù)所不及的優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)所用的工具是“激光刀”，加工時(shí)無刀具磨損；在加工過程中無切削力對(duì)工件的影響，因此工件無冷加工變形；由于加工時(shí)能量注入速度高，對(duì)工件熱影響很小，因此工件熱變形很小，可接近或達(dá)到“冷”加工狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)常規(guī)技術(shù)不能執(zhí)行的高精密制造；激光具有良好的空間控制性（光束的方向變化、旋轉(zhuǎn)、掃描等）和時(shí)間控制性（開、關(guān)、脈沖間隔），特別適合于自動(dòng)化加工，在大規(guī)模制造中生產(chǎn)效率高；激光加工對(duì)象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大；噪聲低，不產(chǎn)生有害的射線與殘?jiān)a(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的污染??；可節(jié)省模具，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本；材料浪費(fèi)少，在規(guī)?；a(chǎn)中制造成本低。

二 汽車工業(yè)中的光制造技術(shù)的類別

汽車工業(yè)中的光制造技術(shù)可以分為光“冷”加工、光“熱”加工、光快速成型3種類別。

1.光“冷”加工技術(shù)

與常規(guī)冷加工工藝相對(duì)應(yīng)的光制造技術(shù)有激光切割、激光打孔、激光打標(biāo)和激光切削。

激光切割速度快，切口光滑平整，切邊平行度好，無采購(gòu)后續(xù)加工；切縫窄；切口無機(jī)械應(yīng)力，無剪切毛刺；加工精度高，重復(fù)性好，不損傷工件表面。

激光打孔速度快、效率高，適合于數(shù)量多、高密度的群孔加工；激光打孔可獲得大的深徑比，可在硬、脆、軟等各類材料上進(jìn)行加工，甚至能在難加工材料傾斜面上加工小孔；激光打孔的工藝清潔，無污染。

激光打標(biāo)是非接觸式打標(biāo)，速度快，標(biāo)記不易磨損，激光標(biāo)記機(jī)又很容易與流水線結(jié)合。

激光切削加工是類似機(jī)械加工中銑削的一種工藝方法，它是利用聚焦激光束對(duì)材料逐層進(jìn)行切削。

2.光“熱”加工技術(shù)

與常規(guī)熱加工工藝相對(duì)應(yīng)的光制造技術(shù)有激光焊接、激光表面強(qiáng)化、激光熔敷與合金化。

激光焊接是用高強(qiáng)度激光束將被焊金屬局部加熱至熔化溫度以上熔合而成焊接接頭的工藝過程?？珊附痈呷埸c(diǎn)金屬、非金屬、復(fù)合材料等特殊材料，也可實(shí)現(xiàn)異種材料的焊接和特殊結(jié)構(gòu)的焊接；焊縫具有“自凈化”作用，焊縫質(zhì)量高；可進(jìn)行精確焊接，一般不需填充金屬；通過導(dǎo)光系統(tǒng)使激光束與多臺(tái)設(shè)備構(gòu)成柔性加工系統(tǒng)，焊接的自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高；在高能束焊接中，激光焊接最大的特點(diǎn)是不需要真空室，不產(chǎn)生X射線。

激光表面強(qiáng)化分為激光相變硬化和激光熔凝硬化兩種。激光相變硬化又稱為激光淬火，它是以高能量激光束快速掃描工件，使被照射的金屬或合金表面溫度以極快速度升高到相就點(diǎn)以上，激光束離開被照射部位時(shí)，由于熱傳導(dǎo)作用，處于冷態(tài)的基體使其迅速冷卻而進(jìn)行自冷淬火，得到較細(xì)小的硬化層組織，硬度一般高于常規(guī)淬火硬度；激光熔凝硬化過程與前述過程類似，不同的是激光使材料表面的加熱溫度更高，最終零件表面形成一層組織細(xì)小的焰凝硬化層。

激光熔敷是利用高能激光束照射熔敷材料，使其與基材表面薄層一起快速熔凝，形成與基材冶金結(jié)合的具有完全不同成分與性能的合金覆層。

3.光快速成型技術(shù)

光快速成型技術(shù)原理是在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)零件的CAD等設(shè)計(jì)模型及數(shù)據(jù)，用激光束將成型材料逐層固化，由點(diǎn)、線構(gòu)造零件的面（層），由面精確堆積成三維實(shí)體模型或零件的過程。采用光快速成型技術(shù)，可顯著縮短產(chǎn)品研制周期，大大降低研制費(fèi)用，能夠迅速生產(chǎn)出適應(yīng)市場(chǎng)變化的產(chǎn)品，保持和加強(qiáng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，采用光快速成型技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)并行工程及敏捷制造的有效技術(shù)途徑。

進(jìn)入新世紀(jì)，汽車工業(yè)正在步入能按用戶要求進(jìn)行柔性加工的精益生產(chǎn)階段，汽車業(yè)出現(xiàn)了柔性模塊式生產(chǎn)方式，現(xiàn)代汽車工業(yè)也在向著技術(shù)高新化的方向發(fā)展，汽車技術(shù)正經(jīng)歷著由傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)向先進(jìn)制造技術(shù)的轉(zhuǎn)變。光制造技術(shù)為汽車的開發(fā)與生產(chǎn)制造注入了活力?？梢灶A(yù)料，本世紀(jì)光制造技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用會(huì)飛速發(fā)展，將成為汽車工業(yè)的重要加工方法。