五軸激光切割技術在車模具制作中的應用
來源：gngngo.com 發(fā)布時間：2022年12月09日
在航空.在航天工業(yè)中，五軸技術非常有名，比如葉輪.葉片.經過多年的應用，五軸聯動已經成為一種成熟的應用.尖端技術。近年來，該技術也被廣泛應用于特殊的項目和產品中，如五軸激光加工技術。激光技術近年來發(fā)展迅速，已成為切割技術的主流。由于其良好的切割質量和精度，以及無與倫比的加工速度，板材行業(yè)普遍認為，未來激光切割很可能取代沖壓成為主流的鈑金加工技術。
激光切割原理
激光切割的原理是：在激光束能量的作用下(在氧氣輔助切割機制下，向燃燒點噴灑氧氣和金屬的放熱反應釋放的熱量)，材料表面迅速(在感應范圍內)加熱到數千甚至數萬度，然后熔化或蒸發(fā)。隨著汽化物逃逸和熔融物體被輔助高壓氣體(氧氣或氮氣等)吹走，切割接縫。
在切割的實際操作中，有氧切割和氮切割是分開的。在保持相同切割精度的前提下，氧氣切割熱量大.速度很快，但是切邊是棕色的.薄氧化層;氮氣需要高壓氮氣，速度慢.成本高，但切邊無氧化.銀灰色，可直接焊接，常用于切割要求較高的不銹鋼材料。
五軸激光加工技術在現代模具制造中的優(yōu)勢
激光加工已經成為現代汽車制造不可或缺的技術，取代了傳統(tǒng)的手工切割+沖裁模式已成為國際上大力發(fā)展的先進技術。眾所周知，在制作模具的過程中，修邊是眾所周知的.沖孔工藝一直是模具制造過程中的難點，尤其是一些結構復雜的斜切.斜沖.大型汽車模具，如斜翻。如果傳統(tǒng)的制造方法很難確定修邊線，需要反復摸索幾次甚至十幾次，給鉗工.加工設備帶來了巨大的工作量，不僅對鉗工的技能水平提出了更高的要求，而且嚴重影響了后工藝模具的調試。而且現實中有很多修邊.從成本上考慮，沖孔模的切割材料采用合金鋼，如Cr12.Cr12MoV等等，如果采用傳統(tǒng)的修邊模制造方法，不可避免地會對邊緣進行多次堆焊。由于上述材料在多次堆焊過程中容易開裂，導致鑲嵌件報廢，因此必須重新補充和再加工。這樣，不僅周期會滯后，而且模具的制造成本也會顯著增加。如果采用激光切割技術，對于如圖1所示的汽車零部件的開發(fā)，在成功測試模具后，可以使用激光切割來代替修邊.在沖孔過程中，沿圖2中所示的修邊線進行切割，并在下一個翻邊過程中直接使用切割獲得的樣品進行模具測試，并將獲得的樣品與檢驗工具進行比較。如果有差異，通過計算機修剪后一條修邊線，然后再次切割，直到成功。整個過程節(jié)省了兩道工序，徹底改變了傳統(tǒng)的單線串行制造方式，大大縮短了工藝流程，降低了模具制造成本?；谖遢S激光加工技術在現代模具生產過程中具有如此明顯的優(yōu)勢，因此受到許多模具企業(yè)的青睞，并得到了廣泛的青睞.應用成功。
多軸激光加工的工藝流程和編程策略
與其他多軸數控加工一樣，激光多軸切割將涉及工件定位夾具的問題。它來自英國Camtek公司的PEPS解決這個問題的方法很簡單.實用。PEPS使用夾具自動報表，首先通過CAD轉換接口讀入產品模型數據，修復破碎表面和破碎表面丟失或失真的數據，然后設置參考位置固定處理模型，以確定需要處理的范圍.高度及夾具材料.對于板厚度和其他參數，系統(tǒng)將根據這些參數生成適當的產品截面輪廓線，并生成物理輪廓圖形支撐工件。在確定夾具的相應間距后，這些物理夾具將自動生成二維平面圖，并根據預提供的夾具板尺寸生成自動排列的圖形文件和NC切割文件，使夾具的制作簡單.快捷。然而，切割鈑金零件不同于加工模具或其他機械產品。由于夾具和切割產品都是相對較薄的鈑金零件，因此其強度相對較弱。除了一些提高產品定位精度的輔助措施(如在非干涉區(qū)域添加定位銷或壓力夾具)外，編程也尤為關鍵。眾所周知，板沖壓成型后，根據不同的產品形狀有不同程度的反彈，不同的切割順序，在內部應力的釋放和輔助高壓氣體的影響下，反彈和變形的程度也不同，對后續(xù)切割產品的定位有很大的影響，因此切割一般遵循一孔后邊緣.先小后大.一些復雜的產品需要特殊處理的例外原則;刀軸矢量控制一直是五軸加工技術的重點和難點，在刀軸矢量控制方面，PEPS五軸編程系統(tǒng)更智能、更方便.對于靈活的控制模塊，在編程過程中，系統(tǒng)會根據產品表面的三維輪廓自動捕捉每個節(jié)點的矢量方向，無需編程技術人員設置驅動面或驅動線，產生平滑的處理軌跡。對于一些形狀復雜的產品，由于局部曲率變化較大，如R附近，切割過程中曲率的變化導致進給量減少，使激光能量在有效切割長度內積累和燃燒產品，嚴重影響產品質量。因此，有必要適當調整這些區(qū)域的刀軸矢量方向，以產生理想的刀軌。
與目前許多大型航空公司和汽車公司使用的傳統(tǒng)復雜加工軟件相比，PEPS五軸編程系統(tǒng)的連續(xù)五軸處理更簡單。成功開發(fā)了相對單一的處理對象和任意點矢量可調功能，高效、高效.準確的實體仿真使其擺脫了繁瑣的處理策略和程序調試，靈活靈活.對于技術工程師來說，激光多軸程序的設計更容易掌握，也為該技術在生產中的應用和推廣創(chuàng)造了有利條件。
雖然激光切割速度很快.激光切割技術是激光加工應用領域的重要組成部分，是世界上先進的切割技術之一，但也有一定的局限性，不僅其昂貴的設備和相應的編程軟件限制了其發(fā)展，其激光參數和切割參數的合理使用也需要進一步的研究和探索。
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激光切割原理
激光切割的原理是：在激光束能量的作用下(在氧氣輔助切割機制下，向燃燒點噴灑氧氣和金屬的放熱反應釋放的熱量)，材料表面迅速(在感應范圍內)加熱到數千甚至數萬度，然后熔化或蒸發(fā)。隨著汽化物逃逸和熔融物體被輔助高壓氣體(氧氣或氮氣等)吹走，切割接縫。
在切割的實際操作中，有氧切割和氮切割是分開的。在保持相同切割精度的前提下，氧氣切割熱量大.速度很快，但是切邊是棕色的.薄氧化層;氮氣需要高壓氮氣，速度慢.成本高，但切邊無氧化.銀灰色，可直接焊接，常用于切割要求較高的不銹鋼材料。
五軸激光加工技術在現代模具制造中的優(yōu)勢
激光加工已經成為現代汽車制造不可或缺的技術，取代了傳統(tǒng)的手工切割+沖裁模式已成為國際上大力發(fā)展的先進技術。眾所周知，在制作模具的過程中，修邊是眾所周知的.沖孔工藝一直是模具制造過程中的難點，尤其是一些結構復雜的斜切.斜沖.大型汽車模具，如斜翻。如果傳統(tǒng)的制造方法很難確定修邊線，需要反復摸索幾次甚至十幾次，給鉗工.加工設備帶來了巨大的工作量，不僅對鉗工的技能水平提出了更高的要求，而且嚴重影響了后工藝模具的調試。而且現實中有很多修邊.從成本上考慮，沖孔模的切割材料采用合金鋼，如Cr12.Cr12MoV等等，如果采用傳統(tǒng)的修邊模制造方法，不可避免地會對邊緣進行多次堆焊。由于上述材料在多次堆焊過程中容易開裂，導致鑲嵌件報廢，因此必須重新補充和再加工。這樣，不僅周期會滯后，而且模具的制造成本也會顯著增加。如果采用激光切割技術，對于如圖1所示的汽車零部件的開發(fā)，在成功測試模具后，可以使用激光切割來代替修邊.在沖孔過程中，沿圖2中所示的修邊線進行切割，并在下一個翻邊過程中直接使用切割獲得的樣品進行模具測試，并將獲得的樣品與檢驗工具進行比較。如果有差異，通過計算機修剪后一條修邊線，然后再次切割，直到成功。整個過程節(jié)省了兩道工序，徹底改變了傳統(tǒng)的單線串行制造方式，大大縮短了工藝流程，降低了模具制造成本?；谖遢S激光加工技術在現代模具生產過程中具有如此明顯的優(yōu)勢，因此受到許多模具企業(yè)的青睞，并得到了廣泛的青睞.應用成功。
多軸激光加工的工藝流程和編程策略
與其他多軸數控加工一樣，激光多軸切割將涉及工件定位夾具的問題。它來自英國Camtek公司的PEPS解決這個問題的方法很簡單.實用。PEPS使用夾具自動報表，首先通過CAD轉換接口讀入產品模型數據，修復破碎表面和破碎表面丟失或失真的數據，然后設置參考位置固定處理模型，以確定需要處理的范圍.高度及夾具材料.對于板厚度和其他參數，系統(tǒng)將根據這些參數生成適當的產品截面輪廓線，并生成物理輪廓圖形支撐工件。在確定夾具的相應間距后，這些物理夾具將自動生成二維平面圖，并根據預提供的夾具板尺寸生成自動排列的圖形文件和NC切割文件，使夾具的制作簡單.快捷。然而，切割鈑金零件不同于加工模具或其他機械產品。由于夾具和切割產品都是相對較薄的鈑金零件，因此其強度相對較弱。除了一些提高產品定位精度的輔助措施(如在非干涉區(qū)域添加定位銷或壓力夾具)外，編程也尤為關鍵。眾所周知，板沖壓成型后，根據不同的產品形狀有不同程度的反彈，不同的切割順序，在內部應力的釋放和輔助高壓氣體的影響下，反彈和變形的程度也不同，對后續(xù)切割產品的定位有很大的影響，因此切割一般遵循一孔后邊緣.先小后大.一些復雜的產品需要特殊處理的例外原則;刀軸矢量控制一直是五軸加工技術的重點和難點，在刀軸矢量控制方面，PEPS五軸編程系統(tǒng)更智能、更方便.對于靈活的控制模塊，在編程過程中，系統(tǒng)會根據產品表面的三維輪廓自動捕捉每個節(jié)點的矢量方向，無需編程技術人員設置驅動面或驅動線，產生平滑的處理軌跡。對于一些形狀復雜的產品，由于局部曲率變化較大，如R附近，切割過程中曲率的變化導致進給量減少，使激光能量在有效切割長度內積累和燃燒產品，嚴重影響產品質量。因此，有必要適當調整這些區(qū)域的刀軸矢量方向，以產生理想的刀軌。
與目前許多大型航空公司和汽車公司使用的傳統(tǒng)復雜加工軟件相比，PEPS五軸編程系統(tǒng)的連續(xù)五軸處理更簡單。成功開發(fā)了相對單一的處理對象和任意點矢量可調功能，高效、高效.準確的實體仿真使其擺脫了繁瑣的處理策略和程序調試，靈活靈活.對于技術工程師來說，激光多軸程序的設計更容易掌握，也為該技術在生產中的應用和推廣創(chuàng)造了有利條件。
雖然激光切割速度很快.激光切割技術是激光加工應用領域的重要組成部分，是世界上先進的切割技術之一，但也有一定的局限性，不僅其昂貴的設備和相應的編程軟件限制了其發(fā)展，其激光參數和切割參數的合理使用也需要進一步的研究和探索。
