新型插板式激光切割定位工裝的發展優勢

賈盛宇，程遠濤，鄒喜濤，徐進彬，商凌云

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新型插板式激光切割定位工裝的發展優勢

賈盛宇，程遠濤，鄒喜濤，徐進彬，商凌云

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

文章針對傳統骨架樹脂類激光切割定位工裝存在的制作工藝復雜、定位精度較差等問題，進而依據三維模具模型設計了新型插板式定位工裝。通過對比分析兩種工裝的設計方案、激光切割工藝流程，得出新型定位工裝具有定位精度高、縮短了生產周期等優勢，該技術對車身覆蓋件高效、高精度加工具有很高的工程實踐意義。

激光切割；定位工裝；車身覆蓋件

前言

隨著國內外汽車工業的快速發展，汽車不僅僅只是傳統的代步工具，人們對于汽車的舒適性及外觀要求越來越高，所以，各汽車生產企業之間的競爭更加激烈，每個汽車品牌車型更新換代的周期，將決定企業效益及存活。近年來，國內已基本掌握了汽車覆蓋件的快速樣件模具研發，這將大大縮短整個汽車的研發周期，而快速樣件模具由于周期短，結構簡單，需要激光切割輔助才能完成整個樣件的制作[1-3]。所以，對于激光切割加工而言，一個高品質的定位工裝是保證樣件的質量、生產周期的關鍵。

1 傳統激光切割工裝研究現狀

1.1 傳統激光切割定位工裝制作方案

對于傳統激光切割定位工裝，需要根據沖壓完成后的工序件，確定型面較復雜、自由度約束較多的地方為主要特征定位點；然后，使用樹脂對主要特征定位點與支持結構進行粘接固化形成定位型面；最后，通過鋼筋、鋼管等材料焊接支持結構，且支持結構需避開切割線，以免在切割時破壞樹脂。

如圖1傳統的定位工裝的特點是根據樹脂固化后的型腔定位工序件的位置，其重復定位精度較差[4]。而且，需要工序件沖壓完成后進行制作，其工序并行性較差，進而制約快速樣件的制作周期。

圖1 傳統定位支架制作過程

如圖1（a）為某樣件選取特征定位點，（b）為利用樹脂對選定定位點與支持結構進行粘接固化，（c）為粘接固化后形成定位型面，（d）為最終定位效果。

1.2 基于傳統定位工裝激光切割工藝流程

利用傳統定位工裝對工序樣件進行激光切割的工藝流程為：首先，傳統定位工裝根據沖壓完成后的工序樣件運用翻制工藝制作完成；然后，將標準工序樣件放在數控機床上進行畫基準體系；最后，激光切割機通過基準體系找正坐標系，經過反復仿真模擬激光切割避免干涉，最終完成激光切割編程。

從以上激光切割工藝流程可以看出，傳統定位工裝需要等待工序樣件沖壓完成后進行制作，進而影響整個樣件的切割效率，下面以側圍激光切割編程為例，具體各工藝周期如表1所示。

表1 側圍激光切割各工藝周期

根據上表可知，完成側圍激光切割工藝周期為4天。

1.3 傳統定位工裝存在的問題

根據傳統定位工裝的制作方案、制作工藝可知，其主要存在的問題為：

（1）傳統支架由鋼筋、鋼管焊接而成，在嫁接樹脂，其易變型、重復定位精度低、易損壞、不易保存；

（2）定位點完全根據工序件型面的特點選取，隨機性大。

根據傳統定位工裝的激光切割工藝流程可知，其主要存在的問題為：

（1）若使用傳統工裝切割樣件必須準備基準樣件，需要數控加工中心進行配合生產，加大了成本的投入；

（2）因為工藝流程的限制，定位工裝的制作成為了減少整個生產周期的瓶頸。

2 新型激光切割工裝設計方案

2.1 新型激光切割定位工裝結構設計

新型插板式定位工裝可避免傳統定位工裝存在重復定位精度低、易損壞等劣勢，其結構設計方案為：首先，利用三維數模軟件，根據模具型面設計插板式定位結構[5]；然后，根據設計數據使用激光切割機加工插板；最后裝配各部分插板完成支架制作。

新型插板式定位工裝制作要求為：底板與機床平臺完全貼合，設計為長方形；插板以50mm為增量，間距在50mm~ 200mm之間；并且設計底板插槽及插板插腳。如圖2與圖3為某加強件的定位工裝三維數模與實物。

圖2 某加強件定位工裝及產品定位數模

圖3 某加強件定位工裝及產品定位實物

對于側圍等大型制件時，可以設計多個支撐區域，以提高定位精度，同時可避免局部回彈的影響，提高樣件切割質量。圖4與圖5為側圍的插板式定位工裝實物圖。

圖4 右側圍定位工裝

圖5 激光切割右側圍

2.2 基于新型定位工裝激光切割工藝流程

利用新型定位工裝對工序樣件進行激光切割的工藝流程為：首先，根據模具三維數據進行插板的結構設計，虛擬裝配；然后，根據虛擬裝配模型，將基準樣件上的基準體系轉化到工裝上；最后基于虛擬裝配模型與激光切割坐標系，進行反復仿真模擬激光切割避免干涉，最終完成激光切割編程。

從以上激光切割工藝流程可以看出，新型定位工裝完全利用三維設計軟件實現，避免了傳統定位工裝根據工序件進行制作完成后，進行激光切割編程的流程限制，大大縮短了樣件制作周期。下面以側圍為例，具體各工藝周期如表2所示。

表2 側圍激光切割各工藝周期

根據表2可知，基于新型定位工裝的激光切割編程完成需要5天，因模具的鑄造周期在10以上，所以新型定位工裝在模具鑄造完成之前就可以制作完成。所以，相對于傳統定位工裝，新型定位工裝的樣件激光切割周期可以縮短6天以上。

3 新型激光切割工裝的優勢

通過對比傳統定位工裝的制作方案、制作工藝可知，新型激光切割定位工裝的主要優勢為：

（1）新型工裝采用正向設計思路，運用三維數模軟件設計支撐截面、裝配插槽及工裝定位；

（2）新型工裝采用交叉拼接、一體焊接的形式，故其不易變形，重復定位精度高，修整量小。并且，可以根據工序件的實際大小設計多個小單元進行組合應用，解決了一體大型工裝不易存放、移動等問題。

通過對比傳統定位工裝的激光切割工藝流程可知，新型定位工裝激光切割工藝流程的主要優勢為：

（1）新型工裝切割樣件不需要使用基準樣件，從而節省了數控加工中心的輔助工作，并且整個工裝都由薄板制成，無需其他材料，很大程度上的縮減了生產成本的投入；

（2）新型工裝設計、制作，程序的編寫均可在模具設計后進行，與傳統模式相比，改變了試制件的生產流程，大大的縮短了生產周期，提高了生產效率。

4 結論

本文通過對比傳統激光切割定位工裝與新型定位工裝的制作方案，得出新型工裝采用正向設計，不易變形，重復定位精度高，修整量小。通過對比傳統定位工裝與新型定位工裝的激光切割工藝流程，得出新型定位工裝制作成本低，縮短了樣件的生產周期，提高了生產效率。

[1] 姚遠.激光加工技術在汽車工業中的應用[J].汽車工藝與材料, 2004(02).

[2] 陳濤,王智勇,陳鎧等.激光加工技術在汽車車身大型覆蓋件中的應用[J].中國機械工程,2002(01).

[3] 梅麗芳,陳根余,劉旭飛等.車身覆蓋件的三維激光切割工藝[J].中國激光,2009(12).

[4] 馬勇斌,甘中明,邵曉東.汽車沖壓件激光切割新型定位支架的開發和應用[J].裝備維修技術,2006(04).

[5] 陳根余,黃豐杰,劉旭飛等.三維激光切割技術在車身覆蓋件制造中的應用與研究[J].激光雜志,2008(03).

Development Advantages of New Plug-in Laser Cutting Positioning Tooling

Jia Shengyu, Cheng Yuantao, Zhou Xitao, Xu Jinbin, Shang Lingyun

( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

The traditional framework resin laser cutting positioning tooling has some problems, such as complicated manufacturing process and poor positioning accuracy, and then a new plug-in laser cutting positioning tooling is designed according to the three-dimensional mold model. By comparing and analyzing the design schemes of the two fixtures and the laser cutting process of the two fixtures, it is concluded that the new positioning tooling has the advantages of high positioning accuracy and shortening the production period, etc. This technology has high engineering practical significance for efficient and high-precision machining ofauto-bodypanel.

laser cutting;positioning tool;auto-body panel

U466

A

1671-7988(2019)07-191-03

賈盛宇，高級技工，就職于華晨汽車工程研究院，研究方向為車身覆蓋件激光切割工藝研究。

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.065