CN106001946A - 一种轻量化结构板的激光成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量化结构板的激光成形方法，包括使用变能量的激光扫描轻量化结构板实现对轻量化结构板的成形。本发明的变能量激光成形方法，使得轻量化结构件成形后回弹小，成形周期短，成形速度快，大大提高了轻量化结构板的弯曲成形效率，并降低了成形成本。

Description

一种轻量化结构板的激光成形方法

技术领域

本发明涉及轻量化结构板制备技术领域，特别是涉及一种轻量化结构板的激光成形方法。

背景技术

激光成形属于热态积累成形，能够成形高硬度和脆性材料，激光成形无需磨具和外力。目前，国内外学者主要是围绕平板的激光成形技术进行研究，而轻量化结构板则主要依赖于传统的机械成形、时效成形等。

使用传统的机械成形方式，轻量化结构板的加强筋容易断裂失效，成形后有回弹，成形效率较低；而时效成形周期较长，效率低；因此传统的轻量化结构板成形方式无法满足现在快速发展的工业需求。

综上所述，如何解决轻量化结构板成形后有回弹、成形效率低及成形周期长的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种轻量化结构板的激光成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，使结构板成形后反弹小、成形精度高，大大缩短了成形周期，提高了成形效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本申请提供了一种轻量化结构板的激光成形方法，轻量化结构板成形过程中，使用变能量的激光扫描轻量化结构板实现对轻量化结构板的成形。

轻量化结构板的激光成形方法的具体步骤为：a.对所述轻量化结构板的蒙皮表面进行清理；b.在所述轻量化结构板的蒙皮上整体涂覆石墨；c.将涂覆石墨后的所述轻量化结构板固定在工作台上，保持涂覆石墨的蒙皮面向上，激光束扫描涂覆石墨后的蒙皮；d.将扫描线布置在所述轻量化板网格部位或者加强筋部位，激光束由所述轻量化结构板的一端扫描至另一端，扫描过程中根据所述轻量化结构板的厚度调整激光的能量变化。

所述激光变能量的方式包括变功率、变速度、变光斑尺寸及多次扫描的方式，或者是几种不同方式间相互配合的方式。

优选的，所述扫描线沿垂直于轻量化结构板加强筋的方向或沿着加强筋的方向布置。

优选的，所述轻量化结构板采用中部固定的装夹方式固定在所述工作台上。

优选的，所述轻量化结构板蒙皮的清理方法包括用金刚砂纸打磨所述蒙皮。

优选的，所述轻量化结构板的材料为任意金属材料。

优选的，所述激光变能量的方式选用多次扫描的方式时，前一次扫描过程结束后，待板材冷却至室温后，再进行下一次扫描。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过上述激光成形方法，本发明在扫描需要加工的轻量化结构板时，采用变能量的激光扫描方法。相对于传统的定能量的激光扫描方法，将激光扫描的能量采用变能量的方式，在工作过程中，根据轻量化结构板薄厚的不同变化激光扫描的能量，厚的部分能量输入多，薄的部分能量输入少，从而使轻量化结构板的各部位变形一致，使结构板整体不产生翘曲现象。另外，由于采用激光扫描轻量化结构板成形，使得轻量化结构件成形后回弹小，成形周期短，成形效率高，成形速度更快。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为激光扫描线布置示意图；

图2为轻量化结构板网格及加强筋结构图；

图3为轻量化结构板截面图；

图4为轻量化结构板网格结构周期性示意图。

其中，1为网格部位扫描线；2为加强筋部位扫描线；3为加强筋部位；4为网格部位。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种轻量化结构板的激光成形方法，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-2，本申请提供了一种轻量化结构板的激光成形方法。轻量化结构板包括加强筋部位3和网格部位4，因此，轻量化结构板采用激光成形过程中，使用变能量的激光扫描轻量化结构板，实现对轻量化结构板的成形。

轻量化结构板的激光成形方法的具体步骤为：

a.对轻量化结构板的蒙皮表面进行清理；成形前，用金刚砂纸打磨板材蒙皮加工区域的表面，去除蒙皮表面的油污以利于石墨的涂覆。

b.在轻量化结构板的蒙皮上整体涂覆石墨，以提高激光吸收率，待石墨层干燥后进行后续加工。

c.将涂覆石墨后的轻量化结构板固定在工作台上，保持涂覆石墨的蒙皮面向上，激光束扫描涂覆石墨后的蒙皮。固定方式可以采用端部固定或中部固定，考虑到板材自身重力对变形的影响，优选中部固定的装夹方式；扫描过程中保持涂覆石墨的蒙皮面向上，以保证激光束扫描蒙皮部位。

d.将扫描线布置在轻量化板的加强筋部位3或网格部位4，激光束沿着网格部位扫描线1或者加强筋部位扫描线2由轻量化结构板的一端扫描至另一端，扫描过程中根据所述轻量化结构板的厚度调整激光的能量变化。在扫描过程中根据板材的结构特点，采用变能量的扫描策略，目的是要保证板材不同部位变形协调，尤其是使得每条加强筋部位的变形协调一致。激光变能量的扫描方式包括变功率、变速度、变光斑尺寸及多次扫描的方式，或者是几种不同方式间相互配合的方式。

激光变能量的方式选用多次扫描的方式时，前一次扫描过程结束后，待板材冷却至室温后，再进行下一次扫描。防止影响轻量化结构板的成形精度。

采用激光变能量成形的轻量化结构板的材料可以为任意金属材料。

轻量化结构板表面涂覆的石墨可以为水基石墨或乙醇石墨。

本发明的一个具体实施方式如下：

参照图3，对蒙皮几何尺寸400×400的5A06铝合金板材进行激光成形。

蒙皮表面清理干净后，整体涂覆水基石墨或乙醇石墨薄层，将板材用压块夹持住板材中间部位两端5mm厚度部位，固定于工作台上。选取扫描位置，所选取的扫描位置为：板材网格部位4距离自由端104mm的位置。

选用激光的成形参数为：激光功率1100W、扫描速度20mm/s、光斑直径12mm，对板材从扫描线一端扫描至另一端，共进行两次扫描。第一次扫描结束后将板材冷却至室温，然后进行第二次扫描。扫描后板材的成形结果利用三维扫描仪进行提取。

通过实验发现，板材在相应的扫描位置进行两次扫描后，扫描线两端5mm厚度部位及其临近的加强筋部位的变形要明显小于中部加强筋部位的变形，采用相同的成形参数对扫描线两端5mm部位进行多次扫描，然后利用三维扫描仪提取板材变形情况，根据实验结果，板材整体扫描两次后，扫描线两端进行16次扫描后，各条加强筋的变形趋于一致，此时板材不产生整体翘曲现象，实现了轻量化结构板的激光成形。

参照图4，轻量化结构板的板材结构具有周期性特点，沿图中x、y坐标方向向四周扩展，因此板材的具体尺寸无限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种轻量化结构板的激光成形方法，其特征在于，使用变能量的激光扫描轻量化结构板实现对轻量化结构板的成形。

2.根据权利要求1所述的轻量化结构板的激光成形方法，其特征在于，该方法包括：

对所述轻量化结构板的蒙皮表面进行清理；

在所述轻量化结构板的蒙皮上整体涂覆石墨；

将涂覆石墨后的所述轻量化结构板固定在工作台上，保持涂覆石墨的蒙皮面向上，激光束扫描涂覆石墨后的蒙皮；

将扫描线布置在所述轻量化板网格部位(4)或者加强筋部位(3)，激光束由所述轻量化结构板的一端扫描至另一端，扫描过程中根据所述轻量化结构板的厚度调整激光的能量变化。

3.根据权利要求1或2所述的轻量化结构板的激光成形方法，其特征在于：所述激光变能量的方式包括变功率、变速度、变光斑尺寸及多次扫描的方式，或者是几种不同方式间相互配合的方式。

4.根据权利要求2所述的轻量化结构板的激光成形方法，其特征在于：所述扫描线沿垂直于轻量化结构板加强筋的方向或沿着加强筋的方向布置。

5.根据权利要求2所述的轻量化结构板的激光成形方法，其特征在于：所述轻量化结构板采用中部固定的装夹方式固定在所述工作台上。

6.根据权利要求2所述的轻量化结构板的激光成形方法，其特征在于：所述轻量化结构板蒙皮的清理方法包括用金刚砂纸打磨所述蒙皮。

7.根据权利要求1或2所述的轻量化结构板的激光成形方法，其特征在于：所述轻量化结构板的材料为任意金属材料。

8.根据权利要求2所述的轻量化结构板的激光成形方法，其特征在于：所述激光变能量的方式选用多次扫描的方式时，前一次扫描过程结束后，待板材冷却至室温后，再进行下一次扫描。