CN104646479B - 一种激光加热诱导等静压加载板材无模成形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光加热诱导等静压加载板材无模成形方法，该方法利用激光为板材局部加热，同时液体介质施以等静压力，通过板材局部形变的累积完成板材的无模成形。本发明克服激光热应力成形精度不高和难以成形形状复杂零件的不足，它能精确控制加工速度和精度，使成型板材有较高的尺寸精度和较好的表面质量，成形形状复杂的零件；能提高成形极限，进而可以简化加工工序，减少加工工序次数，提高加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种板材成形的方法，尤其涉及一种激光加热诱导等静压加载板材无模成形的方法。
背景技术
众所周知，金属板材塑性成形作为板材成形加工的主要方法之一，已在整个国民经济中占有十分重要的地位，广泛应用于航空航天、船舶工业、汽车覆盖件、电子、仪表等生产行业。随着激光加工技术的发展，激光热应力成形技术作为一种新型的金属板材塑性成形技术，在航天、汽车等领域有着广泛的潜在应用前景。
激光热应力成形，是利用激光辐照在材料表面产生的热效应来成形的，即用高能激光束扫描金属薄板时，在激光束辐照的区域形成了对空间和时间的梯度都很大的不均匀温度场，从而诱发在板材厚度方向上不平衡的应力使板材发生变形的。具有生产周期短，柔性大，能成形在常温下难以成形的脆性材料等优点。但由于材料性能和加热条件的复杂性，激光热应力成形技术要真正控制板材变形的精度仍是一个很大的问题，同时也难以成形形状复杂和大形变的零件。
发明内容
本发明的目的在于针对激光热应力成形技术的不足，提供了一种激光加热诱导等静压加载板材无模成形的方法。本发明不仅可以使板材成形精度和形状控制做到很精确，还可以通过移动背压来绝对精确控制成形精度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种激光加热诱导等静压加载板材无模成形方法，包括以下步骤：
（1）将待成形板材放置于介质压力筒上，介质压力筒内充有液体介质，液体介质为非可燃液体（如水包油，水乙二醇等），介质压力筒底部具有可向上推动液体介质的加载机构，压边放置于板材上用于固定板材；
（2）开启激光扫描振镜系统，使其发出能量<10w的激光束，且激光束正对板材表面；
（3）通过平移机构带动激光扫描振镜系统水平移动，使其发出的激光束对准加工原点，激光扫描振镜系统产生用于加工的能量为100w～3000w的激光束，板材局部温度升高，屈服极限下降；
（4）加载机构挤压介质压力筒内的液体介质，向板材表面施加各点相同的静压力，板材局部塑性变形开始；
（5）通过平移机构带动激光扫描振镜系统水平移动，已发生局部塑性变形的区域冷却成形，激光照射区域温度升高，屈服极限下降；板材局部变形累积至要求的成形形状，关闭激光扫描振镜系统，加载机构复位，完成板材无模成形。
本发明的有益效果：
(1)采用液体介质作为凸模，可以实现所有方向的等静压，能控制变形，有利于板材微细特征的成形。
(2)通过控制活塞的移动速度来精确控制加载速度，防止加热区域的变形失稳。
(3)精确的加载速度和加载压力控制配合对激光扫描路径、功率大小的控制，可以精密控制金属板材局部的变形速率。
(4)可用于高强度板材成形，通过激光加热等静压加载成形，克服高强度板材屈服强度高，塑性低，易回弹的加工缺点，不仅让形变成形性得到提高，而且降低屈服极限和提高塑性，也提高了板材的适应性。
(5)可以控制各点的材料厚度，提高成形的厚度均匀性，从而提高成形极限，进而可以简化加工工序，减少加工工序次数，提高加工效率。
(6)可成形的材料和可加工的板材尺寸具有较大的调节范围，适应性强，具有较大的加工柔性。
附图说明
图1为本发明板材无模成型装置结构示意图，（a）为主视图，（b）为侧视图；
图2为本发明板材成形过程示意图；
图中：加载机构1、介质压力筒2、液体介质3、压边4、激光扫描振镜系统5、激光移动Y轴机构6、激光移动X轴机构7。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。
如图1所示，本发明采用的板材无模成形装置包括加载机构1、介质压力筒2、压边4、激光扫描振镜系统5和平移机构，所述平移机构包括激光移动Y轴机构6和激光移动X轴机构7；所述激光移动X轴机构7可以沿着X轴方向滑动，激光移动Y轴机构6顶部与激光移动X轴机构7底部连接且可以沿着Y轴方向滑动，激光扫描振镜系统5固定在激光移动Y轴机构6底部；介质压力筒2内充有液体介质3，液体介质3为非可燃液体，可采用水包油、水乙二醇等；加载机构1与介质压力筒2连接且可向上推动介质压力筒2内的液体介质3。
本发明一种激光加热诱导等静压加载板材无模成形的方法，包括以下步骤：
第一步：设置加载机构1的加载参数、激光扫描振镜系统5的激光加工参数和激光移动X轴机构7、激光移动Y轴机构6的运动参数。
第二步：将待成形板材放置于介质压力筒2上，压边4放置于板材上用于固定板材；
第三步：开启激光扫描振镜系统5，使其产生能量<10w的激光束，且激光束正对板材表面；
第四步：激光移动X轴机构7和激光移动Y轴机构6运动，使激光扫描振镜系5移动至加工原点，根据设置的加工参数，激光扫描振镜系统5产生能量为100w～3000w的激光束照在板材表面，板材局部温度升高屈服极限下降；
第五部：根据设置的加载参数，加载机构1挤压介质压力筒2内的液体介质3，向板材表面施加各点相同的静压力，板材局部塑性变形开始；
第六步：根据设置的运动参数，激光移动X轴机构7和激光移动Y轴机构6运动，板材加工表面的激光扫面移动，已发生局部塑性变形的区域冷却成形，激光照射区域温度升高屈服极限下降；
第七步：如图2所示，板材局部变形累积至完成要求的成形形状，激光扫描振镜系统5关闭，加载机构1复位，激光移动X轴机构7和激光移动Y轴机构6复位，完成板材无模成形。
Claims (1)
1.一种激光加热诱导等静压加载板材无模成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将待成形板材放置于介质压力筒（2）上，介质压力筒（2）内充有液体介质（3），液体介质（3）为非可燃液体，介质压力筒（2）底部具有可向上推动液体介质（3）的加载机构（1），压边（4）放置于板材上用于固定板材；
（2）开启激光扫描振镜系统（5），使其发出能量<10w的激光束，且激光束正对板材表面；
（3）通过平移机构带动激光扫描振镜系统（5）水平移动，使其发出的激光束对准加工原点，激光扫描振镜系统（5）产生用于加工的能量为100w～3000w的激光束，板材局部温度升高，屈服极限下降；
（4）加载机构（1）挤压介质压力筒（2）内的液体介质（3），向板材表面施加各点相同的静压力，板材局部塑性变形开始；
（5）通过平移机构带动激光扫描振镜系统（5）水平移动，已发生局部塑性变形的区域冷却成形，激光照射区域温度升高，屈服极限下降；板材局部变形累积至要求的成形形状，关闭激光扫描振镜系统（5），加载机构（1）复位，完成板材无模成形。
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