一種激光加熱誘導等靜壓加載板材無模成形的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種板材成形的方法，尤其涉及一種激光加熱誘導等靜壓加載板材無模成形的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，金屬板材塑性成形作為板材成形加工的主要方法之一，已在整個國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位，廣泛應用于航空航天、船舶工業(yè)、汽車覆蓋件、電子、儀表等生產(chǎn)行業(yè)。隨著激光加工技術(shù)的發(fā)展，激光熱應力成形技術(shù)作為一種新型的金屬板材塑性成形技術(shù)，在航天、汽車等領(lǐng)域有著廣泛的潛在應用前景。
[0003]激光熱應力成形，是利用激光輻照在材料表面產(chǎn)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(qū)域形成了對空間和時間的梯度都很大的不均勻溫度場，從而誘發(fā)在板材厚度方向上不平衡的應力使板材發(fā)生變形的。具有生產(chǎn)周期短，柔性大，能成形在常溫下難以成形的脆性材料等優(yōu)點。但由于材料性能和加熱條件的復雜性，激光熱應力成形技術(shù)要真正控制板材變形的精度仍是一個很大的問題，同時也難以成形形狀復雜和大形變的零件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對激光熱應力成形技術(shù)的不足，提供了一種激光加熱誘導等靜壓加載板材無模成形的方法。本發(fā)明不僅可以使板材成形精度和形狀控制做到很精確，還可以通過移動背壓來絕對精確控制成形精度。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種激光加熱誘導等靜壓加載板材無模成形方法，包括以下步驟:
(1)將待成形板材放置于介質(zhì)壓力筒上，介質(zhì)壓力筒內(nèi)充有液體介質(zhì)，液體介質(zhì)為非可燃液體(如水包油，水乙二醇等)，介質(zhì)壓力筒底部具有可向上推動液體介質(zhì)的加載機構(gòu)，壓邊放置于板材上用于固定板材；
(2)開啟激光掃描振鏡系統(tǒng)，使其發(fā)出能量〈10?的激光束，且激光束正對板材表面；
(3)通過平移機構(gòu)帶動激光掃描振鏡系統(tǒng)水平移動，使其發(fā)出的激光束對準加工原點，激光掃描振鏡系統(tǒng)產(chǎn)生用于加工的能量為10w?3000?的激光束，板材局部溫度升高，屈服極限下降；
(4)加載機構(gòu)擠壓介質(zhì)壓力筒內(nèi)的液體介質(zhì)，向板材表面施加各點相同的靜壓力，板材局部塑性變形開始；
(5)通過平移機構(gòu)帶動激光掃描振鏡系統(tǒng)水平移動，已發(fā)生局部塑性變形的區(qū)域冷卻成形，激光照射區(qū)域溫度升高，屈服極限下降；板材局部變形累積至要求的成形形狀，關(guān)閉激光掃描振鏡系統(tǒng)，加載機構(gòu)復位，完成板材無模成形。
[0006]本發(fā)明的有益效果:
(I)采用液體介質(zhì)作為凸模，可以實現(xiàn)所有方向的等靜壓，能控制變形，有利于板材微細特征的成形。
[0007](2)通過控制活塞的移動速度來精確控制加載速度，防止加熱區(qū)域的變形失穩(wěn)。
[0008](3)精確的加載速度和加載壓力控制配合對激光掃描路徑、功率大小的控制，可以精密控制金屬板材局部的變形速率。
[0009](4)可用于高強度板材成形，通過激光加熱等靜壓加載成形，克服高強度板材屈服強度高，塑性低，易回彈的加工缺點，不僅讓形變成形性得到提高，而且降低屈服極限和提高塑性，也提高了板材的適應性。
[0010](5)可以控制各點的材料厚度，提高成形的厚度均勻性，從而提高成形極限，進而可以簡化加工工序，減少加工工序次數(shù)，提高加工效率。
[0011](6)可成形的材料和可加工的板材尺寸具有較大的調(diào)節(jié)范圍，適應性強，具有較大的加工柔性。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明板材無模成型裝置結(jié)構(gòu)示意圖，Ca)為主視圖，(b)為側(cè)視圖；
圖2為本發(fā)明板材成形過程示意圖；
圖中:加載機構(gòu)1、介質(zhì)壓力筒2、液體介質(zhì)3、壓邊4、激光掃描振鏡系統(tǒng)5、激光移動Y軸機構(gòu)6、激光移動X軸機構(gòu)7。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步描述。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明采用的板材無模成形裝置包括加載機構(gòu)1、介質(zhì)壓力筒2、壓邊
4、激光掃描振鏡系統(tǒng)5和平移機構(gòu)，所述平移機構(gòu)包括激光移動Y軸機構(gòu)6和激光移動X軸機構(gòu)7 ;所述激光移動X軸機構(gòu)7可以沿著X軸方向滑動，激光移動Y軸機構(gòu)6頂部與激光移動X軸機構(gòu)7底部連接且可以沿著Y軸方向滑動，激光掃描振鏡系統(tǒng)5固定在激光移動Y軸機構(gòu)6底部；介質(zhì)壓力筒2內(nèi)充有液體介質(zhì)3，液體介質(zhì)3為非可燃液體，可采用水包油、水乙二醇等；加載機構(gòu)I與介質(zhì)壓力筒2連接且可向上推動介質(zhì)壓力筒2內(nèi)的液體介質(zhì)3。
[0015]本發(fā)明一種激光加熱誘導等靜壓加載板材無模成形的方法，包括以下步驟: 第一步:設置加載機構(gòu)I的加載參數(shù)、激光掃描振鏡系統(tǒng)5的激光加工參數(shù)和激光移動
X軸機構(gòu)7、激光移動Y軸機構(gòu)6的運動參數(shù)。
[0016]第二步:將待成形板材放置于介質(zhì)壓力筒2上，壓邊4放置于板材上用于固定板材；
第三步:開啟激光掃描振鏡系統(tǒng)5，使其產(chǎn)生能量〈10?的激光束，且激光束正對板材表面；
第四步:激光移動X軸機構(gòu)7和激光移動Y軸機構(gòu)6運動，使激光掃描振鏡系5移動至加工原點，根據(jù)設置的加工參數(shù)，激光掃描振鏡系統(tǒng)5產(chǎn)生能量為10w?3000?的激光束照在板材表面，板材局部溫度升高屈服極限下降；
第五部:根據(jù)設置的加載參數(shù)，加載機構(gòu)I擠壓介質(zhì)壓力筒2內(nèi)的液體介質(zhì)3，向板材表面施加各點相同的靜壓力，板材局部塑性變形開始； 第六步:根據(jù)設置的運動參數(shù)，激光移動X軸機構(gòu)7和激光移動Y軸機構(gòu)6運動，板材加工表面的激光掃面移動，已發(fā)生局部塑性變形的區(qū)域冷卻成形，激光照射區(qū)域溫度升高屈服極限下降；
第七步:如圖2所示，板材局部變形累積至完成要求的成形形狀，激光掃描振鏡系統(tǒng)5關(guān)閉，加載機構(gòu)I復位，激光移動X軸機構(gòu)7和激光移動Y軸機構(gòu)6復位，完成板材無模成形。
【主權(quán)項】
1.一種激光加熱誘導等靜壓加載板材無模成形方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將待成形板材放置于介質(zhì)壓力筒(2)上，介質(zhì)壓力筒(2)內(nèi)充有液體介質(zhì)(3)，液體介質(zhì)(3)為非可燃液體，介質(zhì)壓力筒(2)底部具有可向上推動液體介質(zhì)(3)的加載機構(gòu)(1)，壓邊(4)放置于板材上用于固定板材； (2)開啟激光掃描振鏡系統(tǒng)(5)，使其發(fā)出能量〈10?的激光束，且激光束正對板材表面； (3)通過平移機構(gòu)帶動激光掃描振鏡系統(tǒng)(5)水平移動，使其發(fā)出的激光束對準加工原點，激光掃描振鏡系統(tǒng)(5)產(chǎn)生用于加工的能量為10w?3000?的激光束，板材局部溫度升高，屈服極限下降； (4)加載機構(gòu)(I)擠壓介質(zhì)壓力筒(2)內(nèi)的液體介質(zhì)(3)，向板材表面施加各點相同的靜壓力，板材局部塑性變形開始； (5)通過平移機構(gòu)帶動激光掃描振鏡系統(tǒng)(5)水平移動，已發(fā)生局部塑性變形的區(qū)域冷卻成形，激光照射區(qū)域溫度升高，屈服極限下降；板材局部變形累積至要求的成形形狀，關(guān)閉激光掃描振鏡系統(tǒng)(5)，加載機構(gòu)(I)復位，完成板材無模成形。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光加熱誘導等靜壓加載板材無模成形方法，該方法利用激光為板材局部加熱，同時液體介質(zhì)施以等靜壓力，通過板材局部形變的累積完成板材的無模成形。本發(fā)明克服激光熱應力成形精度不高和難以成形形狀復雜零件的不足，它能精確控制加工速度和精度，使成型板材有較高的尺寸精度和較好的表面質(zhì)量，成形形狀復雜的零件；能提高成形極限，進而可以簡化加工工序，減少加工工序次數(shù)，提高加工效率。
【IPC分類】B21D37-16, B21D26-021
【公開號】CN104646479
【申請?zhí)枴緾N201510053263
【發(fā)明人】李湘生, 孫紅偉, 徐一峰, 楊震
【申請人】浙江理工大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月2日