文|李建、劉明星、王思杰

激光開卷落料線替代壓力機開卷落料

金屬板材在進入沖床之前需要進行落料，即根據(jù)沖壓件的最終形狀，把金屬板材用壓力機、剪板機、定長剪切機之類的設(shè)備切成幾何形狀，然后進行沖壓。這個落料過程可以由鋼材配送中心代勞，也可以由沖壓企業(yè)自行完成。汽車主機廠及大的沖壓廠一般用機械壓力機自行落料，但需要投資占地較多的壓力機和各種落料模具。

用激光設(shè)備替代壓力機落料的想法早在2000年左右就由美國人提出來，但是當(dāng)時占主導(dǎo)地位是二氧化碳激光，并不能滿足大批量的切割負荷，切割效率不能滿足沖壓的大規(guī)模生產(chǎn)需求。這個構(gòu)想一直等到光纖激光技術(shù)成熟之后才開始在產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用，大約在2010年左右，美國的Automatic Feed Co. in Napoleon, Ohio公司投入實際應(yīng)用。

汽車生產(chǎn)強國德國和日本也很快開始嘗試這項技術(shù)，其中的重要的原因之一，用激光落料高強度以及表面質(zhì)量要求高的金屬板材比壓力機更有優(yōu)勢。2015年戴姆勒公司為其在庫彭海姆的梅賽德斯奔馳工廠訂購了兩條舒勒激光落料線。為保證落料效率，該生產(chǎn)線應(yīng)用了舒勒的動態(tài)流技術(shù)（Dynamic Flow Technology），可以對移動的材料進行高速切割，而且不需要地坑和復(fù)雜的壓力機基礎(chǔ)。該激光落料生產(chǎn)線采用三個并行的激光頭，可切割厚度為0.8 至3 厘米、寬度達到2150 厘米的落料。

同年10月，本田（Honda）的在日本的Yorii工廠安裝了一款用于批量生產(chǎn)的無模智能激光落料系統(tǒng)（ILBS），實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，主要開發(fā)出三種關(guān)鍵技術(shù)：高速激光切割、高加速的H型龍門架系統(tǒng)，以及連續(xù)進料的輸送系統(tǒng)。

激光開卷落料線尤其適合于多品種小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用，只需要切換程序就能完成，這樣就不需要頻繁地更換模具，相關(guān)的模具維護和模具儲存費用都完全避免了。

配備激光落料的生產(chǎn)線能夠加工最廣泛的料片材料，如鋁或高強度鋼并確保高水準(zhǔn)的產(chǎn)品質(zhì)量，甚至能加工表面要求高的外覆蓋件。激光下料還能提高材料利用率，使得下料的形狀盡可能接近零部件的最終形狀。國內(nèi)的大族激光等企業(yè)也在進入這個領(lǐng)域，取代部分落料壓力機的需求。

鋁合金板板成形

汽車輕量化是各大車廠努力的方向，不僅僅是為了降低油耗，一旦用上高強鋼，甚至鋁合金，給消費者的感覺就是這車的檔次和時尚感上來了，比如特斯拉和捷豹都把全鋁車身作為重要賣點，滿足時尚前衛(wèi)的有錢人的身份識別需求。

同等體積和容量下，鋁合金汽車減低汽車自重，降低了重心，鋁輪轂強度大，可以把輻條設(shè)計更小，空洞更大，轉(zhuǎn)動慣量小，制動散熱快，加速快，提高了操控感和舒適感。鋁材的吸能性好，在碰撞時能夠吸收更多的動能，減輕對乘客的傷害。另外鋁的循化利用率非常高，損壞只有5%左右。

除了車身和輪轂，底盤、防撞梁、地板、動力電池、電機驅(qū)/傳動總成和座椅等環(huán)節(jié)都在優(yōu)化使用鋁材成形，這也是鋁合金成為業(yè)內(nèi)最熱話題的原因。

玩車的比較的熟悉的奧迪A8L Hybird，使用了全鋁車身框架結(jié)構(gòu)（ASF）ASF車身，整備質(zhì)量2035kg，是同類大型混動豪華車中最輕的。

還有就是凱迪拉克的CT6車型，在上海的金橋工廠生產(chǎn)，和奧迪A6、奔馳E系列、沃爾沃S90同級別的車型，據(jù)稱用到了11種材質(zhì)來制造車身，其中鋁材占比超過 57% ，凱迪拉克CT6車廠近5.179米，整備質(zhì)量在 1,655 -1975公斤之間，白車身重量只有不到 380 公斤，比相近尺寸的同類車型大約輕 100 公斤。

目前，在中國全鋁車身領(lǐng)域名氣最盛的是常熟奇瑞捷豹路虎生產(chǎn)的捷豹XLF：他們和鋁材巨頭諾貝麗斯合作，據(jù)稱車身鋁合金應(yīng)用比超過75%。沖壓采用了兩條伺服沖壓線，最快節(jié)拍做到20件每分鐘，自動化率高達90%。其中沖壓一線是日本會田提供的5臺伺服沖床生產(chǎn)線，單臺最大噸位為2500噸，可以兼容沖壓鋼材和鋁材，滿足不同車型并線生產(chǎn)。

鋁合金延展率低、屈強比較高、r值小，沖壓成形難度高，次品率高，需要很高的模具加工能力和檢測能力。另外鋁合金化學(xué)性質(zhì)活躍，表面有致密的氧化層，傳統(tǒng)的點焊、激光焊很難實現(xiàn)穩(wěn)固的焊接，鋁激光釬焊、鋁電阻焊接、自攻螺接和自沖鉚接等先進的鏈接方式在鋁鋁、鋁鋼焊接中廣泛應(yīng)用。

MFC經(jīng)常接到業(yè)內(nèi)人士的咨詢，想了解鋁合金成形及焊接的技術(shù)資料或者論壇，打聽了一圈，才發(fā)現(xiàn)這是一個很熱門的題材，幾乎鍛造和沖壓領(lǐng)域的先行者都在攻克各個難題，對技術(shù)的封鎖很嚴(yán)格，技術(shù)人員的對外交流實質(zhì)性的干貨都是點到即止。

相信隨著更多的人投入到鋁合金領(lǐng)域來，成本將逐漸降下來，就像高強鋼一樣在中低檔車上也能普及，同時也逐步降低鋁車身高昂的維修費用。

無模漸進成形

無模漸進成形理論（Dieless NC Forming）是日本的Matsubara教授在1990年代提出來，并由日本網(wǎng)野AMINO公司在1996年推出第一代的無模成形機，1998年推出無模成形的CAM軟件，并不斷完善演化。

這項技術(shù)主要是用來做小批量品種的打樣和生產(chǎn)。截止2014年，網(wǎng)野公司總共生產(chǎn)了30多臺無模成形機床，制作了3000多種用于研發(fā)的零部件。

這個技術(shù)的是怎么樣的呢？通過圖片，很容易看懂，金屬板材四周被夾持牢牢固定在一個平臺上，板材下面墊著柔軟的塑料或者木頭。平臺攜帶著板材可以在X-Y方向移動，平臺中央上方固定的數(shù)控滾頭可以在Z軸上下移動。X-Y平臺和Z軸的滾頭各自獨立運動，由軟件板材平移和滾頭上下運動的路線。

整個原理和3D打印的原理非常類似，實際上由一層一層的2維加工，累積成3維的變形效果，達到類似于沖壓拉伸的工件，但是表面沒有沖壓件那么光滑，因為會有一道道滾痕。這項技術(shù)廣泛用于快速制造原型和小批量成品，一個月能加工1-500多件。隨著技術(shù)的進步，表面的滾痕越來越不明顯。原理雖然很好懂，但是實際加工中的如何加工不同材料、如何防止反彈需要大量的數(shù)據(jù)積累。

這種成形方式最大的優(yōu)點是避免了開模成本，加快了開發(fā)周期，CAD改進方便，適合快遞加工各種復(fù)雜形狀、小批量、精度要求不太高的產(chǎn)品。與拉深工藝不同，漸進成形的塑性區(qū)很小，僅限于工具刀和金屬面接觸區(qū)域。金屬變薄是主要斷裂模式，變薄的最主要參數(shù)是成品的表面角度。這也造成表面角度是限制成形的因素之一，比如過大角度會造成過量變薄，有興趣的讀者可以用 Dieless NC Forming、AMINO的關(guān)鍵字，或者日文直接搜索技術(shù)文章和專利。

這項技術(shù)被中國無錫一家名叫無錫市澳富特科技的公司攻克，研發(fā)出類似的成形機械，接受客戶的設(shè)計圖，完成工藝設(shè)計，加工0.1-5mm的冷軋鋼板、鋁板、銅板、鈦合金板和不銹鋼板，最大型深高達500mm。該公司給汽車制造各種覆蓋件、制造玻璃鋼、滾塑等復(fù)合材料模具、醫(yī)療器械、機床等各類設(shè)備的外部復(fù)雜曲面外殼、醫(yī)學(xué)的顱骨修補和醫(yī)用支架。MFC和該公司的人員接觸過，該公司只提供零部件的外加工，并不銷售加工機械。