CN101288888A - 一种基于预应力的激光和喷丸复合成形方法 - Google Patents

一种基于预应力的激光和喷丸复合成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于预应力的激光和喷丸复合成形方法，本方法先通过坯件进行虚拟加工，得到加工过程中的各种参数，加工时通过激光在难变形区域形成一个温度场，在激光扫描的同时，局部的喷丸处理使筋条异侧表面产生了拉伸塑性变形，采用该方法成形时，由激光能量转变的热能既可以降低激光作用区材料的变形抗力，又可以通过少量提高坯件整体的加工温度，使该表面在喷丸成形可以发生更大的塑性变形，提高成形量。

Description

一种基于预应力的激光和喷丸复合成形方法
技术领域
本发明涉及一种钣材成型领域，尤其是一种基于预应力的激光和喷丸复合成形方法。
背景技术
工程上有这样一类钣金零件，譬如飞机的蒙皮和整体(蒙皮与支撑筋条一体化)壁板零件、火箭的整体燃料箱零件、船舶的船舷和甲板零件以及汽车的覆盖件等，需要采取压弯或滚弯(压弯的另一种形式，成形零件可以在被压弯的同时随支撑辊转动)方式成形。
弯曲成形是目前整体壁板成形的主要方法。该方法利用三点弯曲方式成形整体壁板，壁板由两个支撑点所支撑，加载装置控制压头在壁板上预定的位置加载。壁板在载荷的作用下产生塑性变形，从而实现预期的几何外形。压弯成形可以是一次成形也可以通过多次、逐步的加载方法使坯件成形(增量式成形)。影响该方法成形效果的因素包括载荷大小、加载位置，以及加载次序等
对于飞机蒙皮和壁板类零件，其尺寸大、结构形状复杂。采用该种成形方法，成形变形量小、难度大。而且该方法尚不能有效成形局部变形量大和筋条高的零件。其主要体现是：变形抗力大、回弹量大、易出现变形损伤(如筋条起皱和开裂等)、成形精度较差。为了满足零件尺寸和形状精度要求，对这类零件往往需要采取小量变形多次退火的办法成形，之后还需要采用“人工锤敲”、“皮条抽打”等手段进行微调。但是，“人工锤敲”、“皮条抽打”往往依赖于加工者的经验，不易实现制造自动化。除此之外，“人工锤敲”、“皮条抽打”容易在工件表面留下损伤，成为安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可自动化和智能化的基于预应力的激光和喷丸复合成形方法。
为实现上述目的，本发明一种基于预应力的激光和喷丸复合成形方法，具体为：
1)建立成形材料的力学性能和热物性能等相关性能参数，成形零件的结构、尺寸和形状数据库，以及材料在机械载荷、热载荷的作用下的响应规律，建立计算平台和专家系统；并通过该计算平台对坯件进行虚拟加工，对加工过程进行预判断，通过对加工过程的模拟得出激光的技术参数、需要激光加工的区域和轨迹、喷丸的加工参数，以及加工时坯件的约束条件；
2)将模拟所得的各项条件通过计算机控制系统转换成激光加工的工艺参数，以及喷丸处理时的工艺参数；
3)对坯件施加载荷，使其达到设定的变形参数；
4)控制激光对坯件上预设的激光加工区域进行加工，同时，对坯件上预设的喷丸加工面进行喷丸处理；
5)通过坯件状态传感器向控制系统反馈实时监控数据，控制系统根据这些数据及时修正工艺参数，优化激光处理和喷丸处理过程，形成整个加工过程的闭环控制。
进一步，所述激光加工区域为为坯件上弹性能集中的筋条及其附近区域，所述喷丸加工面为筋条异侧的坯件表面。
本发明通过采用激光进行加工，可以对在机械成形过程中出现的难以变形的地方进行很好地处理，克服了机械成形可能带来成形件损伤甚至破坏的缺点，优点为：激光与材料之间的相互作用使成形件局部区域的变形抗力下降。由于激光产生的能量注入，材料的塑性流动能力增强，成形过程中的变形抗力下降，有助于成形；利用激光所产生的温度场，提高了喷丸的成形效果；工件上下表面同时发生塑性变形，提高了成形量。
附图说明
附图为利用本发明加工的示意图。
具体实施方式
本发明一种基于预应力的激光和喷丸复合成形方法，可分为参数模拟准备过程、加工过程和反馈调整过程，其中，参数模拟过程具体为：首先建立成形材料的力学性能和热物性等相关性能参数以及成形零件的结构、尺寸和形状数据库，以及材料在多物理场(机械载荷、热载荷)的作用下的响应规律，建立计算平台和专家系统。并通过该计算平台对坯件的虚拟加工，对难成形、需要激光加工的位置，激光加工参数，以及喷丸加工区域和参数等进行预判断，即通过对加工过程的模拟得出激光的技术参数、需要激光加工的区域和轨迹、喷丸的加工参数，以及加工时坯件的约束条件，将模拟所得的各项条件通过计算机控制系统转换成激光加工的工艺参数，以及喷丸处理时的工艺参数，加工前可通过控制系统控制进行试加工，并适当修正工艺参数。如附图所示，加工过程为：首先将坯件2放置在支撑座1上，通过压头4对坯件2施加载荷，使得坯件2和其上筋条3发生弹性弯曲及达到设定的变形量，固定压头4的位置。控制激光器5按照预设的模拟优化轨迹进行扫描，与此同时，对坯件2上预设的喷丸加工面6进行喷丸处理。在激光和喷丸综合处理过程中，通过坯件状态传感器向控制系统反馈实时监控数据，控制系统根据这些数据及时修正工艺参数，优化激光处理和喷丸处理过程，形成整个加工过程的闭环控制。
本方法加工过程中，激光处理时在难变形区域形成一个温度场，其最高温度位置尽可能控制在弹性变形能最为集中区域另一方面，在激光扫描的同时，局部的喷丸处理使筋条异侧表面产生了拉伸塑性变形，增加了整体的塑性变形程度。由激光能量转变的热能既可以降低激光作用区材料(筋条及其附近区域)的变形抗力，又可以通过提高整体坯件的加工温度，使其喷丸成形时可以发生更大的塑性变形，提高成形量。
本方法的特点有：
1、激光光斑的快速移动，可以在激光扫描路径上产生一个相对瞬时的温度场，工件的任意局部被辐照的时间较短，但仍然能使弹性能有效的转化为塑性功。
2、由于热传导，筋条异侧表面温度存在一定程度的提高，增加了喷丸时筋条异侧表面塑性变形的程度。
3、三点弯曲时，本方法同时使上表面(筋条)和下表面(筋条异侧表面、或者蒙皮)的既有应力做塑性功，提高了成形量以及成形精度。

Claims (2)

1、一种基于预应力的激光和喷丸复合成形方法，具体为：
1) 建立成形材料的力学性能和热物性能等相关性能参数，成形零件的结构、尺寸和形状数据库，以及材料在机械载荷、热载荷的作用下的响应规律，建立计算平台和专家系统；并通过该计算平台对坯件进行虚拟加工，对加工过程进行预判断，通过对加工过程的模拟得出激光的技术参数、需要激光加工的区域和轨迹、喷丸的加工参数，以及加工时坯件的约束条件；
2)将模拟所得的各项条件通过计算机控制系统转换成激光加工的工艺参数，以及喷丸处理时的工艺参数；
3)对坯件施加载荷，使其达到设定的变形参数；
4)控制激光对坯件上预设的激光加工区域进行加工，同时，对坯件上预设的喷丸加工面进行喷丸处理；
5)通过坯件状态传感器向控制系统反馈实时监控数据，控制系统根据这些数据及时修正工艺参数，优化激光处理和喷丸处理过程，形成整个加工过程的闭环控制。
2、如权利要求1所述的基于预应力的激光和喷丸复合成形方法，其特征在于，所述激光加工区域为为坯件上弹性能集中的筋条及其附近区域，所述喷丸加工面为筋条异侧的坯件表面。
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