激光輔助漸進成形技術 輕量化金屬零件創新工藝

鋁合金、鎂合金、鈦合金、高強度鋼等質輕且具有高強度的金屬,在汽車零部件、醫療設備、電子消費品、家庭電器等領域廣泛應用。不過,當傳統的沖壓成形技術應用於製造此類金屬零部件時,經常面臨成形載荷過高、材料成形能力差等問題,對產品質量、生產效率及模具保養,都造成不良影響。為克服傳統高強度輕量化金屬加工過程中的缺陷,生產力局與德國弗勞恩霍夫生產技術研究所(Fraunhofer Institute for Production Technology / IPT)合作,開發了「激光輔助漸進成形技術」,突破了多年來的技術瓶頸。

生產力局智能製造及冶金組首席顧問單銘賢表示,在輕量化金屬的成形過程中,利用激光於變形位置進行局部加熱,既可降低成形載荷,亦可提升輕量化金屬的成形能力,有助提高生產效率20%至40%、延長模具壽命50%以上,有效節省成本。生產力局智能製造及冶金組首席顧問單銘賢表示,在輕量化金屬的成形過程中,利用激光於變形位置進行局部加熱,既可降低成形載荷,亦可提升輕量化金屬的成形能力,有助提高生產效率20%至40%、延長模具壽命50%以上,有效節省成本。

解決工藝瓶頸的關鍵,是在沖壓成形的過程中,對將發生較大變形的位置集中用激光加熱,提高材料局部的成形能力。由於激光能量集中、容易控制、加熱速度極高,是理想的局部加熱工具,適用於輔助漸進成形技術。

雖然是嶄新的工藝,但廠商毋須更換沖床,只需在模具的適當位置加裝激光加熱裝置,配合技術參數設定,便可以把工件特定部位加熱。工件在局部加熱下進行沖壓,可得出所需的具有複雜幾何形狀的金屬零部件。由於可沿用工廠現有的硬件設備,所以新工藝涉及的投資主要是系統改裝,回本期只需一年左右,視乎設備使用率而定。

生產力局與德國Fraunhofer IPT合作開發的激光輔助漸進成形技術設備。生產力局與德國Fraunhofer IPT合作開發的激光輔助漸進成形技術設備。

生產效率提高20%至40%
模具壽命延長50%以上
成形載荷降低30%

提升生產效率和品質

在金屬成形技術中利用激光輔助,能有效提升金屬零件的生產效率和品質。

生產效率方面,材料經過激光輔助加熱之後,其成形載荷可大幅降低30%左右,因而減輕沖壓對模具的磨損,模具壽命甚至可延長數倍,節省模具的維修保養時間及成本。另外,由於激光能量直接被工件吸收,有助縮短加熱和冷卻週期,令生產效率倍增,而且成形後的工件快速散熱至常溫,可避免運輸熱工件的問題。

至於產品品質,由於激光可局部加熱工件,易於控制溫度和能量,因此工藝更加精準靈活,可製造尺寸精準及形狀複雜的零件。利用這種方式提升材料的成形能力,工件成形效果可媲美成本高昂的精沖件(Fine Blanking)。

圖右為使用激光輔助漸進成形技術製造的部件,與圖左的傳統方法相比,可見利用激光可提升材料成形能力,解決裂紋問題。圖右為使用激光輔助漸進成形技術製造的部件,與圖左的傳統方法相比,可見利用激光可提升材料成形能力,解決裂紋問題。

是次「激光輔助漸進成形技術開發計劃」獲香港金屬製造業協會的支持,邀得三家先導企業試用該技術,主力生產使用高強度金屬的汽車零部件。「計劃」蒐集了工藝參數和生產數據、掌握模具設計方法,並分析技術的可行性、效益、回本期和限制,並把當中的經驗編製成《工藝指南》,供業界參考。下一步,生產力局會讓業界伙伴試用技術,將技術逐步產業化。

「激光輔助漸進成形技術」詳情,或查詢智能製造及冶金顧問服務,歡迎與生產力局聯絡。