CN111822553A - 金属板材激光热成形拉弯新工艺 - Google Patents

Abstract

本发明为一种利用预拉弯法实现激光弯曲金属板材成形的方法，能够较大程度的减少回弹，进而提高板材弯曲角。首先将成形工件固定于三维数控平台上，工件一端用夹具固定，另一自由端使用拉弯装置先施加纵向的拉力，然后再施加横向的压力。然后使用激光对板材上表面进行扫描加热，最后待板加热区域完全冷却，撤去拉弯装置，解除横向纵向力。根据大量文献证明在拉弯力下可以改变板材内部的应力状态，使激光加热区中性层内侧产生的切向压应力更多的转变为拉应力，使板材整个截面在切向都处于拉应力作用下，这样卸载后，内、外层纤维的回弹相互抵消，能够较大减少回弹进而提高板材弯曲角。该方法适于高硬脆难变形以及中厚板材料的成形，在航空航天、医疗和汽车制造领域有着较大的应用前景。

Description

金属板材激光热成形拉弯新工艺

技术领域

本发明涉及一种利用预拉弯法实现激光弯曲金属板材成形的方法，属于机械制造技术领域,可应用于小批量或难成形材料的金属板材快速弯曲和矫形加工。

技术背景

预压力下激光弯曲成形是在原来激光弯曲基础上提出来的一种新型加工工艺，通过模具施加工件一定弹性变形，然后利用激光扫描弹性变形集中区域。由于激光高温使该区域屈服强度降低，从而增加其塑性变形的能力，使更多的弹性变形向着塑性变形转化。在利用简单模具的情况下，预压力下激光弯曲成形除了具有传统优良特点外，具有更好的四大优势：(1)良好的成形能力，由于预压力下激光弯曲成形具有更大的单次成形量，并通过控制预压力加载方向实现板材弯曲成形方向控制；(2)良好的表面质量，由于激光能量密度高，热影响区小，对成形件材料性能的影响小，成形过程中不易产生皱曲。(3)良好的重复性能，板材变形是弹性变形转化，能有效避免塑性加载引起的微裂纹和滑移线等缺陷。(4)良好的成形精度，通过控制预压力施加的大小，实现对弯曲角大小精准的控制。预压力下激光弯曲成形为弯曲加工提供新的方法，对结构复杂多变和难以应用常规成形的零部件弯曲加工具有重要的研究意义

目前在预压力下激光弯曲成形中，由于激光扫描只采用上表面扫描的方式，热源只能在板材上表面形成较小的塑性变形区域，加上压力撤去后回弹量大，导致弯曲变形量较小。尤其对于实际生产当中应用较多的中厚板，由于板厚度较大，内部存在更大的弹性内能，采取常规预压力激光弯曲成形难以有效转化。因此，有必要采取简洁有效的工艺方案进一步减小回弹，提高预压力下激光弯曲中厚板单次成形量，从而获得较大的弯曲角。

发明内容

为了克服预压力下金属板材激光热成形中回弹较大、弯曲角度较小的问题，本文提出了一种新方法-拉弯法：即传统的预压力下激光板材弯曲过程中，一般是施加横向预压力，而拉弯法是在施加横向预压力的同时施加纵向拉力，以改变变形区的应力分布从而减小回弹，从而增大板材弯曲角度。

本发明任务解决其技术问题所采用的技术方案是：

(1)金属板材置于三维数控平台上，一端固定。为了防止金属板材表面油垢影响传热，金属板材用丙酮进行清洗。由于板材对其的吸收率很低，为了提高激光的吸收系数，在金属表面均匀涂上一层涂层进行黑化处理；

(2)在金属板的另一端自由端使用拉弯装置给于固定，拉弯装置首先施加纵向的拉力，然后再施加横向的压力；

(3)待拉弯装置设置完成，使用激光对板上表面进行扫描加热。激光扫描完成后，等待板加热区域完全冷却，撤去拉弯装置，解除横向纵向力；

根据大量文献证明拉弯工艺同普通的弯曲方法相比，最大的优点就是减少回弹。在未加预拉伸力的普通工艺中，弯曲后的型材外侧为拉应力状态，内侧为压应力状态，卸载之后，这两种应力状态中的弹性部分要回复，会产生一个力矩，这个力矩是产生回弹的原因。当有预纵向拉力时，纵向拉应力与预压应力交界处应力为零的应力中心层会发生内移，即型材受拉的部分变多，受压的部分变少，甚至当预应力大到一定的程度，整个截面都处在拉应力状态下，这种情况卸载之后弹性回复产生回弹力矩，要比未加预拉应力的时候小的多，因此可以减少回弹。与常规的预压力下金属板材热成形相比，该方法是一种在不增多设备同时简单易行，能够较大减少回弹同时提高板材弯曲角。该方法不仅适于常规金属材料，而且也可应用于高硬脆难变形材料的成形，在航空航天、医疗机械和微电子等领域有着较大的应用前景。

附图说明

图1金属板材激光热成形拉弯新工艺装置示意图

图2金属板材激光热成形拉弯新工艺过程示意图

1激光器，2反射镜，3聚焦镜，4金属工件，5三维控制台，6夹具，7激光束，8拉弯装置

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式加以说明。金属板材激光热成形拉弯新工艺装置由激光器(1)、反射镜(2)、聚焦镜(3)、三维数控台(5)、夹具台(6)、拉弯装置(8)组成。如图1所示，成形步骤如下：

1、用丙酮对金属工件(4)表面进行清洗；

2、在金属工件(4)表面均匀涂上一层激光吸附涂层，进行黑化处理；

3、金属工件(4)置于三维数控台(5)上，用夹具(6)固定金属工件(4)的一端。在工件(4)的另一自由端由拉弯装置(8)先施加纵向拉力，然后再施加横向压力，激光束(7)和拉弯装置(8)位置固定不变；

4、激光束(7)由激光器(1)发出，通过反射镜(2)和聚焦镜(3)形成一定光斑直径的光束辐射在成形工件(4)表面；

5、三维数控台(5)带动成形工件(4)移动，使连续激光束(7)可以以一定的扫描速度v沿给定的运动轨迹b加热成形工件(4)表面，如图2所示；

6、加热完成后，金属板材通过自然冷却、强制对流空冷或强制对流水冷对加热区域进行冷却。待冷却完成后，撤去拉弯装置；

7、建立工件弯曲角、拉弯力、激光工艺参数基本关系数据库，根据基本关系数据库和板材弯曲变形要求，可以反求出所需要的拉弯力和激光工艺参数，从而提高效率。

Claims (1)

1.一种利用预拉弯法实现激光弯曲金属板材成形的方法，其步骤如下：

1)在金属板的另一端自由端使用拉弯装置给于固定，拉弯装置首先施加纵向的拉力，然后再施加横向的压力；

2)待拉弯装置设置完成，使用激光对板上表面进行扫描加热。激光扫描完成后，等待板加热区域完全冷却，撤去拉弯装置，解除横向纵向力；

3)建立工件弯曲角、拉弯力、激光工艺参数基本关系数据库，根据基本关系数据库和板材弯曲变形要求，可以反求出所需要的拉弯力和激光工艺参数，从而提高效率。

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