激光制造技術在汽車工業中的應用

      利用激光通過與物質的相互作用，按一定要求進行的加工或成型，統稱為激光制造。近20年，激光制造技術已滲透到高新技術領域和產業，并開始取代或改造某些傳統加工行業。在發達國家的汽車工業中，有50％－70％的零部件是采用激光加工完成的。激光制造技術在提高汽車工業的研發與制造水平中，正發揮著越來越重要的作用。

    目前激光制造技術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，使激光制造技術具有許多傳統制造技術所不及的優勢。該技術所用的工具是“激光刀”，加工時無刀具磨損；在加工過程中無切削力對工件的影響，因此工件無冷加工變形；由于加工時能量注入速度高，對工件熱影響很小，因此工件熱變形很小，可接近或達到“冷”加工狀態，實現常規技術不能執行的高精密制造；激光具有良好的空間控制性（光束的方向變化、旋轉、掃描等）和時間控制性（開、關、脈沖間隔），特別適合于自動化加工，在大規模制造中生產效率高；激光加工對象的材質、形狀、尺寸和加工環境的自由度都很大；噪聲低，不產生有害的射線與殘渣，生產過程對環境的污染小；可節省模具，縮短產品開發周期，降低開發成本；材料浪費少，在規模化生產中制造成本低。

    汽車工業中的激光制造技術可以分為激光“冷”加工、激光“熱”加工、激光快速成型3種類別。

    與常規冷加工工藝相對應的激光制造技術有激光切割、激光打孔、激光打標和激光切削。

    激光切割速度快，切口光滑平整，切邊平行度好，無采購后續加工；切縫窄；切口無機械應力，無剪切毛刺；加工精度高，重復性好，不損傷工件表面。

    激光打孔速度快、效率高，適合于數量多、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。

    激光打標是非接觸式打標，速度快，標記不易磨損，激光標記機又很容易與流水線結合。

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

    與常規熱加工工藝相對應的激光制造技術有激光焊接、激光表面強化、激光熔覆與合金化。

    激光焊接是用高強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。可焊接高熔點金屬、非金屬、復合材料等特殊材料，也可實現異種材料的焊接和特殊結構的焊接；焊縫具有“自凈化”作用，焊縫質量高；可進行精確焊接，一般不需填充金屬；通過導光系統使激光束與多臺設備構成柔性加工系統，焊接的自動化程度高，生產效率高；在高能束焊接中，激光焊接的特點是不需要真空室，不產生x射線。

    激光表面強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變點以上，激光束離開被照射部位時，由于熱傳導作用，處于冷態的基體使其迅速冷卻而進行自冷淬火，得到較細小的硬化層組織，硬度一般高于常規淬火硬度；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，零件表面形成一層組織細小的焰凝硬化層。

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

    激光快速成型技術原理是在計算機的控制下，根據零件的cad等設計模型及數據，用激光束將成型材料逐層固化，由點、線構造零件的面（層），由面精確堆積成三維實體模型或零件的過程。采用激光快速成型技術，可顯著縮短產品研制周期，大大降低研制費用，能夠迅速生產出適應市場變化的產品，保持和加強產品在市場上的競爭力。同時，采用激光快速成型技術也是實現并行工程及敏捷制造的有效技術途徑。

    汽車工業正在步入能按用戶要求進行柔性加工的精益生產階段，汽車業出現了柔性模塊式生產方式，現代汽車工業也在向著技術高新化的方向發展，汽車技術正經歷著由傳統機械制造技術向先進智能制造技術的轉變。激光制造技術為汽車的開發與生產制造注入了活力。可以預料，未來激光制造技術在汽車工業中的應用會飛速發展，將成為汽車工業的重要加工方法。