李小標(biāo), 徐冬香，何康，蔡斌.2，楊潤生

(1.宿州學(xué)院 機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽 宿州 234000；2.安徽車橋廠，安徽 宿州 234000)

0 引言

激光加工應(yīng)用于各行各業(yè),其作用不可忽視,而且功能越來越豐富[1].激光加工屬于無接觸加工,并且高能量激光束的能量及其移動(dòng)速度均可調(diào)，因此可以實(shí)現(xiàn)多種加工的目的.它可以對(duì)多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點(diǎn)的材料[1-2].制造業(yè)是激光加工應(yīng)用最基本也是最深入的領(lǐng)域，相關(guān)的基礎(chǔ)研究也非常活躍[2].車橋，作為整車的一個(gè)關(guān)鍵零部件，其在整車的使用過程中起著承載、傳動(dòng)、制動(dòng)的重要作用[3].鎖緊墊圈是車橋傳動(dòng)的關(guān)鍵零部件，與螺母配合使用，其作用是防止螺母松動(dòng)，關(guān)系到整個(gè)車的行車安全，同時(shí)也起到一定的防塵作用.上海交通大學(xué)馮巧波等[4]用激光切割304不銹鋼板材，在參數(shù)不同的情況下進(jìn)行試驗(yàn)，得出電流、脈寬和頻率對(duì)切縫寬度均有較大的影響，并找到相應(yīng)規(guī)律.李賀德等[5]通過激光在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，激光不斷地解決板材件加工中的難題，不斷提高板材件生產(chǎn)的柔性化程度.

目前，國內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)加工鎖緊墊圈采用沖壓模具加工.沖壓模具具有生產(chǎn)效率高、操作簡單、形狀穩(wěn)定、互換性好等特點(diǎn).我國的航空航天制造業(yè)、輪船業(yè)及汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，促使沖壓用模具一直以每年20%左右的速度在增長[6].但是設(shè)計(jì)沖壓模具時(shí)間長，有時(shí)加工一個(gè)復(fù)雜零件，需要幾套模具相互配合才能完成.專用性強(qiáng)，加工完成一件產(chǎn)品，模具不能加工別的，浪費(fèi)大量資源.沖壓模具在加工時(shí)產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)很大，工人長時(shí)間在嘈雜的環(huán)境下影響聽力，并帶來神經(jīng)系統(tǒng)、情緒、身體等的一系列病變，嚴(yán)重威脅著工人的身心健康.模具制造的精度高，技術(shù)要求高，制造速度慢，往往有些位置易損壞，精度不夠等問題.因此，選擇更好的加工方法替代傳統(tǒng)模具加工，是值得認(rèn)真研究的問題，是制造業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向.目前用激光加工替代傳統(tǒng)加工還缺乏明確的系統(tǒng)性指導(dǎo)思路和方法.為此，本文從鎖緊墊圈傳統(tǒng)加工方法分析，與激光加工進(jìn)行比較，找出合適的加工方法.

1 傳統(tǒng)加工分析

車橋鎖緊墊圈，是車橋上重要組成部件，關(guān)系到汽車行駛安全，本文以安徽車橋廠生產(chǎn)鎖緊墊圈為例進(jìn)行分析.

1.1 加工機(jī)床

沖壓機(jī)為開式固定臺(tái)壓力機(jī)，開式固定臺(tái)壓力機(jī)精度高，性能可靠，操作方便[7].適用于板料的剪切、落料、沖孔、等多種冷沖壓工序，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)制造部門.其型號(hào)為J21S-100T，主電機(jī)功率為11KW，單臺(tái)價(jià)值15.5萬.

1.2 生產(chǎn)過程

此墊圈主要用在13噸輕型車車橋軸頭上，材料Q235，厚度2mm.其生產(chǎn)過程如下所述：下料(用割槍把鋼板切成條形狀)-落料(用落料模具進(jìn)行落料保證Φ115)-沖孔(用沖孔模具沖孔保證Φ86、Φ7、Φ75和8的尺寸)-清洗(去除表面油污)-電鍍(表面鍍鋅).鎖緊墊圈如圖1所示

圖1 鎖緊墊圈

1.3 沖壓模具加工質(zhì)量分析

切縫：沖壓模具凸凹模有一定的間隙，要根據(jù)板材的厚度，材料的類型來確定，一般沖壓板材T=0.5mm-3mm，都采用16%來計(jì)算.模具的刃口直徑大于加工板厚的2倍，所以切縫為間隙和刃口厚度之和.

變形：沖壓件由于受到力的作用而產(chǎn)生變形，一般發(fā)生受沖壓力的作用發(fā)生彈性塑性變形.

精度：普通沖壓合理經(jīng)濟(jì)精度為IT9～I(xiàn)T12

圖紙變更：如果圖紙變化較小，可以根據(jù)實(shí)際情況確定怎樣通過簡單修改模具達(dá)到要求，降低生產(chǎn)成本.圖紙變化較大通過修改不能完成加工，要根據(jù)變化情況重新設(shè)計(jì)一套模具，以達(dá)到使用要求.

生產(chǎn)效率：沖壓加工的生產(chǎn)效率高，此壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)38次.

另外還要選擇模具，在模具制造過程中，還要采用熱處理、機(jī)械加工成型、電加工、鉗工、修正、裝配等工藝來控制模具零件加工精度過程中的質(zhì)量問題[8].

2 激光加工分析

激光切割具有切割質(zhì)量好、效率高、速度快等特點(diǎn),與其他熱切割方法相比,激光切割不僅適用面廣,而且能夠?qū)崿F(xiàn)無接觸加工,具有廣泛的市場(chǎng)發(fā)展空間[9].

2.1 機(jī)床介紹

多功能激光加工機(jī)型號(hào)為：TY-LFM-500型，額定輸入功率為14KW，功率600W總價(jià)值23萬.該設(shè)備采用CNC裝置，利用數(shù)據(jù)線從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)工作站來接收切割數(shù)據(jù)，機(jī)器自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)，操作簡單，易于上手.

2.2 生產(chǎn)過程

打開機(jī)床-打開冷卻設(shè)備-打開激光電源-調(diào)整好焦距-把零件圖導(dǎo)入加工軟件-輸入?yún)?shù)試加工-調(diào)整參數(shù)-切割工件.工件切好以后表面鍍鋅，完成產(chǎn)品加工.

2.3 激光加工質(zhì)量分析

切縫：激光切割的切口寬度與光束模式和聚焦后光斑直徑的大小有關(guān)，激光束聚焦成很小的光點(diǎn)，焦點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度，在切割時(shí)切縫一般為0.1--0.5mm.

變形：激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，對(duì)非激光照射部位有極小的影響[10].因此，工件熱變形小熱影響區(qū)小，變形極小.

精度：激光切割切口細(xì)窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達(dá)±0.05mm.

圖紙變更：只要繪制好零件圖，可以通過AutoCAD直接導(dǎo)入加工軟件，方便快捷.

速度：用功率為600W的激光切割2mm厚的低碳鋼板，切割速度可3m/min.

2.4 成本

主要從機(jī)床費(fèi)用，模具設(shè)計(jì)費(fèi)用，耗電，耗材、工人工資及機(jī)床損耗幾個(gè)方面介紹.如表1所示

表1 激光加工及傳統(tǒng)加工成本對(duì)比

由表1發(fā)現(xiàn)，激光加工和傳統(tǒng)加工相比成本較低，由于激光切割，省去了清洗的過程，減少所需人工.耗電少，在采用新技術(shù)，新設(shè)備的情況下減少了材料的浪費(fèi)，節(jié)約了資源和能源，具有一定的社會(huì)意義[11].

根據(jù)分析，激光加工技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)加工有一定的優(yōu)越性，同時(shí)也存在需要改進(jìn)的地方.具體如下表2所示

表2 激光加工及傳統(tǒng)加工綜合對(duì)比

3 總結(jié)

1.由表1和表2可見，激光加工在整體上存在明顯的優(yōu)勢(shì),不論是從精度、變形、切縫、還是費(fèi)用上激光加工的優(yōu)勢(shì)很明顯.而且在圖形變更上也比傳統(tǒng)工方式容易的多，靈活性強(qiáng).成本低廉，對(duì)于小批量加工服務(wù)，激光加工相對(duì)便宜，因此激光加工是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的方向，是不可缺少的.

2.激光加工節(jié)能，激光加工采用電腦編程，與計(jì)算機(jī)結(jié)合，可整張板排料，節(jié)省材料.激光加工只需要一個(gè)人，傳統(tǒng)沖壓模具加工需要3個(gè)人協(xié)作.用電方面，激光機(jī)床遠(yuǎn)不如沖床耗電量大，有利于節(jié)約能源.

3.傳統(tǒng)加工需要提前設(shè)計(jì)一套模具，而且一套模具只能加工一種工件，靈活性差.激光加工不需要專用模具，不用擔(dān)心模具的磨損，減少了修模時(shí)間.激光操作涉及的工藝不如沖壓的多，操作更簡單安全.激光加工對(duì)場(chǎng)地要求不高，占地面積小，節(jié)約了空間，激光加工速度和沖壓模具相比還有一定的差距，但要在制造設(shè)備上下工夫，在不斷減小機(jī)床能源損耗的基礎(chǔ)上，增大激光功率，提高加工速度.

4.市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，非常適合新產(chǎn)品的開發(fā)，只要產(chǎn)品圖紙形成后，就可以進(jìn)行加工，可以在最短的時(shí)間內(nèi)得到新產(chǎn)品.