專利名稱：一種金屬板材的激光成形方法
技術領域：
本發明涉及一種激光加工成形方法，具體的說是一種金屬板材的激光彎曲成形方法。
背景技術：
金屬板材的成形加工在航空、航天、汽車、船舶及民用工業中占有相當重的比例。如板材成形零件的數量占飛機零件總數的1/2，據統計全世界所生產的材料有半數以上被加工成板材。因此，提高相應的成形技術和制造水平是一個具有普遍意義的課題。現代板材成形技術的核心問題集中體現在簡化設計、提高質量、縮短周期、降低成本等方面。傳統的成形技術通常需要根據板件形狀，制造相應的工模具，這不僅需要花費大量的時間和資金，而且還要占用可觀的人力資源，勢必增加產品成本。在大型板件成形中，這些費用更為昂貴。對于小批量的大型板材零件，尤為如此。激光彎曲成形，也稱激光熱應力成形，它是利用激光輻照在材料表面產生的熱效應來成形的，即用高能激光束掃描金屬薄板時，在激光束輻照的區域形成了對空間和時間梯度都很大的不均勻溫度場，從而誘發在板材厚度方向上不平衡的應力使板材發生變形的。其與傳統的借助模具完成塑性成形的方法不同，具有生產周期短、成本低的特點，同時由于其獨特的加工原理而具有柔性大，能成形在常溫下難以成形的脆性材料等優點。激光彎曲成形原理見圖1所示，當高度聚焦的激光束沿板料上表面掃描時(如圖1(a)所示)，被掃描部分的材料瞬間溫度急劇上升，而板料下表面在這瞬間沒有明顯的變化從而在板厚方向形成強烈的溫度梯度，由于加熱區域材料的熱膨脹，使材料產生反彎曲的塑性變形；當激光束轉移后(如圖1(b)所示)，上表面材料溫度下降，下表面材料由于熱傳遞而溫度上升，使板厚方向上的溫度梯度急劇下降，這樣上表面材料收縮而下表面材料膨脹，而上表面已經堆積的材料又難以復原，當上下表面材料的溫度梯度為零時，上表面材料的金屬纖維就比下表面材料來的短，產生了面向受照激光掃描軌跡方向的正向彎曲。但是在加工過程中，誘導的熱應力需超過材料的屈服極限，板材才能變形，因此板材需要十數次甚至上百次的往復掃描，在如此多次的加熱掃描過程中，熱積累、材料變形、性能變化等諸多因素使得控制材料的變形量變得困難，不易實現，特別是材料的連續彎曲變形，需要對材料實施多道次往復掃描操作，情況更為復雜。
發明內容
本發明的目的即在于提供一種能夠實現金屬板材連續彎曲的激光彎曲成形方法。為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是:步驟一)，根據被處理工件實際需要加工的長度確定激光掃描道次數目及每道次的往復掃描次數；步驟二)，清理被處理工件表面，并對被處理工件進行預處理及固定；步驟三)，用計算機控制激光器以步驟一)中確定的道次數目及往復次數對被處理工件進行掃描；步驟四)，加工完畢后待被處理工件自然冷卻后，將其從固定裝置中取出實施測量校驗。
被處理件通常為奧氏體不銹鋼薄板(例如0Crl8Ni9)、碳素鋼薄板等；鋼板厚度通常為 0.1-0.15mm。步驟一)中，掃描道次數目的確定是用被處理工件實際需要加工的長度除以道次之間的間隔得到的；道次之間的間隔優選1.5-2_，而每道次往復掃描次數優選10次，這是由于如此的設定將使得薄板的加工曲率基本穩定，各道次之間的影響較小。步驟二)中，采用剛玉砂紙對被處理工件表面進行打磨以去除異物后，并在表面進行涂敷黑漆的預處理以期增加激光能量的吸收效果；被處理工件的固定優選通過兩塊玻璃板將其壓在中間實現，以避免被處理工件在加工過程中發生彎曲或移動等而影響下一次道次的準確定位。步驟三)中，激光束斑直徑為0.1mm，功率為20-25W，掃描速度為15_20mm，這是由于在此束斑及功率下的能量密度，在此掃描速度下獲得最大的曲率，如果掃描速度過小，則局部過熱而使得前一道次激光輻照產生的殘余應力有所減緩，而掃描速度過大則使得板材內部產生應力的部分變小；此外，道次順序采取由兩端向中心的掃描次序(如圖2中標號順序，從①至⑥順次掃描)，即先對被處理工件的一端(稱為第一端)最外側的道次進行掃描，然后對另一端(稱為第二端)最外側的道次進行掃描，再對第一端緊鄰最外側道次的次外側道次進行掃描，然后對第二端緊鄰最外側道次的次外側道次進行掃描，如此順序直至被處理工件的中心道次，掃描結束，這樣安排掃描順序是為了避免道次間的相互影響而獲得穩定的曲率。步驟四)中，掃描結束后，靜置被處理工件在室溫環境下自然冷卻，移開固定裝置，取出被處理工件實施測量校驗，最終完成對薄板的加工。通過上述方法步驟，即可獲得具有較大曲率且連續彎曲的金屬板。本發明的優點是:通過選擇激光彎曲成形方法中合適而獨特的工藝參數，實現了準確控制金屬薄板的變形量 并獲得連續彎曲變形的金屬薄板。
圖1是激光彎曲成形原理示意 圖2是激光彎曲成形是激光掃描道次順序示意圖。
具體實施例方式下面，通過具體的實施例對本發明進行詳細說明。實施例.
以0.15mm厚度的0Crl8Ni9不銹鋼薄板作為被處理工件，薄板長25mm(實際需要加工部分約20mm)、寬5mm。道次間的間隔設定為2mm,由此計算共掃描10道次,每道次往復掃描10次。采用剛玉砂紙對被處理工件表面進行打磨以去除異物后，在表面進行涂敷黑漆的預處理，而后將薄板壓在兩塊玻璃板之間。設定激光束斑直徑為0.1_，功率為22W，掃描速度為18_，按照由薄板兩端向中心的掃描次序進行。掃描結束后，靜置被處理工件在室溫環境下自然冷卻，移開固定裝置，取出被處理工件實施測量校驗，測得薄板的曲率約為
0.ΟδπιπΓ1,最終完成對薄板的加工。
權利要求
1.一種金屬板材的激光成形方法，其包括以下步驟，步驟一)，根據被處理工件實際需要加工的長度確定激光掃描道次數目及每道次的往復掃描次數；步驟二)，清理被處理工件表面，并對被處理工件進行預處理及固定；步驟三)，用計算機控制激光器以步驟一)中確定的道次數目及往復次數對被處理工件進行掃描；步驟四)，加工完畢后待被處理工件自然冷卻后，將其從固定裝置中取出實施測量校驗。
2.根據權利要求1所述的一種金屬板材的激光成形方法，其中，所述金屬板材為奧氏體不銹鋼薄板或碳素鋼薄板，板厚優選0.1-0.15mm。
3.根據權利要求1所述的一種金屬板材的激光成形方法，其中，步驟一)中掃描道次數目的確定是用被處理工件實際需要加工的長度除以道次之間的間隔得到的；道次之間的間隔優選1.5-2mm，而每道次往復掃描次數優選10次。
4.根據權利要求1所述的一種金屬板材的激光成形方法，其中，步驟三)中激光束斑直徑為0.1mm，功率為20-25W，掃描速度為15_20mm。
5.根據權利要求1所述的一種金屬板材的激光成形方法，其中，步驟三)中道次順序采取由兩端向中心的掃描次序，即先對被處理工件的一端這里稱為第一端的最外側的道次進行掃描，然后對另一端這里稱為第二端的最外側的道次進行掃描，再對第一端緊鄰最外側道次的次外側道次進行掃描，然后對第二端緊鄰最外側道次的次外側道次進行掃描，如此順序直至被處理工件的中心道次，掃描結束。
6.根據權利要求1所述的一種金屬板材的激光成形方法，其中，步驟二)中被處理工件的固定優選通過兩塊玻璃板將其壓在中間實現。
全文摘要
一種金屬板材的激光彎曲成形方法，其是通過選擇激光彎曲成形方法中合適而獨特的工藝參數，實現了準確控制金屬薄板的變形量并獲得連續彎曲變形的金屬薄板，其中道次之間的間隔優選1.5-2mm，而每道次往復掃描次數優選10次，激光束斑直徑為0.1mm，功率為20-25W，掃描速度為15-20mm，最終得到薄板的曲率約為0.05mm-1。
文檔編號B21D5/00GK103111497SQ201210595100
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者胡競之 申請人:寧波市瑞通新材料科技有限公司