CN113600641A - 一种激光热矫正变形薄壁件的方法 - Google Patents

一种激光热矫正变形薄壁件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113600641A
CN113600641A CN202110905346.6A CN202110905346A CN113600641A CN 113600641 A CN113600641 A CN 113600641A CN 202110905346 A CN202110905346 A CN 202110905346A CN 113600641 A CN113600641 A CN 113600641A
Authority
CN
China
Prior art keywords
correction
thin
scanning
laser
point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110905346.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113600641B (zh
Inventor
朱红梅
邱长军
李华棋
张建文
严文景
李胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of South China
Original Assignee
University of South China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of South China filed Critical University of South China
Priority to CN202110905346.6A priority Critical patent/CN113600641B/zh
Publication of CN113600641A publication Critical patent/CN113600641A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113600641B publication Critical patent/CN113600641B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D1/00—Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C51/00—Measuring, gauging, indicating, counting, or marking devices specially adapted for use in the production or manipulation of material in accordance with subclasses B21B - B21F
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

一种激光热矫正变形薄壁件的方法，主要包括以下步骤：（1）通过正交试验得出激光功率、扫描速度、光斑直径和扫描次数对变形薄壁件的影响规律，并采用正交试验的极差分析法确定各因素对薄壁件变形影响的主次关系，经不同的激光工艺参数进行扫描，通过三维扫描仪器测量其变形量，将这些数据建立一个矫正工艺参数数据库；（2）通过“分区域变工艺扫描”的路径规划方法，对变形薄壁件进行激光热矫正路径规划；（3）从已建立的矫正工艺参数数据库里选择合适的工艺参数对变形薄壁件进行激光热矫正。利用本发明激光热矫正方法，对变形薄壁件的矫正率可达90%以上。

Description

一种激光热矫正变形薄壁件的方法
技术领域
本发明涉及一种对变形薄壁件进行矫正的方法，特别是涉及一种激光热矫正变形薄壁件的方法。
背景技术
薄壁件在制造或服役等过程中，因种种原因，往往会产生变形，对这种变形，需要进行矫正。
目前，变形薄壁件的矫正方法主要有机械矫正法和火焰矫正法。
机械矫正法是通过锤打变形薄壁件增大其延伸性，产生塑性变形，从而减小薄壁件边缘的压缩应力，以达到矫正变形的目的。但机械矫正法容易引起薄壁件的冷作硬化，且仅适用于塑性较好的金属材质薄壁件变形的矫正。因此，机械矫正法矫正效果欠理想，且适用范围受限。
火焰矫正法是利用氧气与乙炔混合燃烧化学反应形成的自由射流火焰来对变形薄壁件进行矫正。火焰矫正法受诸多因素的影响，如氧气与乙炔混合气体的压力和流量、操作时喷嘴离钢板的高度、操作人员掌握熟练技术程度等。因此，火焰矫正法生产效率低、精度难以控制、对操作工人的经验和技术要求较高，已不能满足现代工业的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工艺简单，操作简便，成形精度高，力学性能好，矫正率高的激光热矫正变形薄壁件的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种激光热矫正变形薄壁件的方法，包括以下步骤：
(1)变形薄壁件预处理：清洁变形薄壁件表面杂质和油污，并进行干燥；
(2)矫正工艺参数数据库建立：通过正交试验得出激光功率、扫描速度、光斑直径和扫描次数对变形薄壁件的变形影响规律，并采用正交试验的极差分析法确定各因素对薄壁件变形影响的主次关系，经不同的激光工艺参数进行扫描，通过三维扫描仪器测量其变形量，将这些数据建立一个矫正工艺参数数据库；
通过利用正交试验的极差法分析研究表明，激光工艺参数对薄壁件变形影响程度大小依次为扫描层数>扫描速度>激光功率>光斑直径，其中扫描层数、扫描速度和激光功率对薄壁件变形角度的影响尤为显著；以4mm厚的2Cr13薄壁板材为例，选定激光功率密度为420～560W/mm2，扫描速度为3～9mm/s，扫描层数为1～5层；先是通过确定一个因素，与其他因素相互匹配得到一组工艺参数，在这组工艺参数下进行激光扫描，然后测量在该组工艺参数激光扫描下薄壁板材的变形角度，从而组成一组数据，由此可建立数据库；对于其他材质和厚度的薄壁件变形影响程度，薄壁件变形影响程度，同样可采用此方法；
(3)分区域变工艺扫描路径规划：首先，使用三维扫描仪对变形薄壁件进行扫描，然后将扫描得到的三维曲面简化为二维轮廓曲线，进行路径划分；
简化后的二维轮廓曲线有利于扫描路径的规划，在划分路径时宜以最少的扫描道数为原则；主要是因为，扫描道数越少效率越高；
所述变工艺是指通过改变激光工艺参数，如激光功率、扫描速度和扫描层数等参数的工艺；
(4)激光热矫正：从已建立的矫正工艺参数数据库里根据平均变形量，选择相应的工艺参数对变形薄壁件进行激光热矫正。
选择相应的工艺参数时，一般宜考虑以划分路径较少的扫描道数为原则，因为，虽然划分道数越多，矫正精度相对越高，但矫正效率会降低，矫正的成本会增加。因此，划分道数的选择，宜在矫正精度和矫正效率之间取得适当的平衡。
进一步，步骤(2)中，将激光扫描后薄壁件的变形量使用三维扫描仪测量薄壁件的变形角度。
进一步，步骤(2)中，所述薄壁件为4mm厚的2Cr13薄壁件，选定激光功率密度为420～560W/mm2，扫描速度为3～9mm/s，扫描层数为1～5层，建立矫正工艺参数数据库。
进一步，步骤(3)中，划分路径的具体方法是：
(a)以变形薄壁件经三维扫描仪扫描得到的三维曲面，简化为二维轮廓曲线，该曲线最高点为矫正的初始点A，在所述曲线上过初始点A做切线1；
(b)根据矫正工艺参数数据库里的平均变形量确定矫正角度θ1，然后，将切线1绕所述初始点A顺时针或逆时针旋转θ1，得到虚线2，所述虚线2与所述曲线交于点B；以确定初始点A与点B的水平距离在点B处为该矫正角度θ
1对应的矫正工艺参数时进行激光扫描的位置；
(c)同理，在所述曲线过点B做切线3，根据矫正工艺参数数据库里的平均变形量确定矫正角度θ2，使用同样的方法旋转θ2得到点C，以此类推，继续规划矫正路径，直到不能划分为止；若轮廓曲线最高点的左右曲线对称，根据曲面的对称性，则轮廓曲线最高点的另一侧也按相同矫正工艺参数进行矫正；若轮廓曲线最高点的左右曲线不对称，则将右半轮廓曲线按照所述相同步骤(a)、(b)、(c)进行划分。
区域划分数量需要根据各个区域要矫正的角度决定，角度越小，区域划分得到数量越多，矫正的精度相对越高，但效率会降低。通过在不同变形程度区间，采用“分区域变工艺扫描策略”，控制激光热矫形过程中的变形程度，达到分区域高精度矫正的目的。
本发明利用激光热源对变形薄壁件进行矫正，无需借助外力和模具，其生产周期较短，加工柔性大，适用性强，可多次操作，得到矫正量的累积；力学性能好，其力学性能与矫正前相比在误差范围内，成形精度高；矫正率可达到90％以上；对于具有高硬度和脆性大的材料同样适用。可以有效解决薄壁件因在制备或服役等过程中产生变形的问题。
附图说明
图1是本发明分区域变工艺扫描的路径规划图；
图2是拉伸试样形状示意图；
图3是本发明实施例1矫正前后形貌、矫正路径、试样变形测量方法及结果图；
图4是本发明实施例1拉伸曲线图；
图5是本发明实施例2矫正前后形貌、矫正路径、试样变形测量方法及结果图；
图6是本发明实施例2拉伸曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。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，都属于本发明专利保护的范围。
为说明本发明激光热矫正变形薄壁件的方法之具体实施方式，下面以4mm厚的2Cr13薄壁板材为例，说明其矫正流程，具体包括以下步骤：
(1)变形薄壁板材预处理：清洁变形薄壁板材表面的杂质和油污，并进行干燥；
(2)矫正工艺参数数据库建立：通过正交试验的极差法分析得知，激光工艺参数对薄壁件变形影响程度大小依次为扫描层数＞扫描速度＞激光功率＞光斑直径，其中，扫描层数、扫描速度和激光功率对薄壁件变形角度的影响尤为显著；以4mm厚的2Cr13薄壁板材为例，选定变工艺参数激光功率密度为420～560W/mm2，扫描速度为3～9mm/s，扫描层数为1～5层；先确定一个因素，与其他因素相互匹配得到一组工艺参数，在这组工艺参数下进行激光扫描，然后测量在该组工艺参数激光扫描下薄壁板材的变形角度，从而组成一组数据，由此建立矫正工艺参数数据库。从表-1可见，平均变形量最大值为2.4125°，平均变形量最小值为0.1775°(对于其他材料和厚度同样可采用此方法)。
表-1激光热矫正工艺参数数据库
序号 激光功率密度(W/mm<sup>2</sup>) 扫描速度(mm/s) 扫描层数(层) 平均变形量(°)
1 420 3 1 0.3380
2 420 3 2 0.6020
3 420 3 3 0.8855
4 420 3 4 1.4440
5 420 3 5 1.7135
6 420 6 1 0.2155
7 420 6 2 0.4830
8 420 6 3 0.7570
9 420 6 4 0.6890
10 420 6 5 1.1385
11 420 9 1 0.1775
12 420 9 2 0.2335
13 420 9 3 0.3680
14 420 9 4 0.4305
15 420 9 5 0.6900
16 480 3 1 0.4155
17 480 3 2 0.7955
18 480 3 3 1.1325
19 480 3 4 1.4470
续表-1激光热矫正工艺参数数据库
Figure BDA0003199865900000051
步骤(2)中，选取激光功率密度420W/mm2，扫描速度为3mm/s，扫描层数为1层时，通过三维扫描仪测量得到薄壁件的平均变形量为0.3380°，依次按照上述方式测量在其他工艺参数下薄壁件的变形量；由此可见，先确定一个工艺参数后，再与其他工艺参数相互匹配组成一组工艺参数，即可建立矫正工艺参数数据库。由该矫正工艺参数数据库的数据可知，当其他参数不变时，随着激光功率的增大，薄壁件的变形量增大；在其他工艺参数不变的情况下，当扫描速度逐渐减小时，薄壁件的变形量逐渐增大；当扫描层数逐渐增多，而其他工艺参数不变时，薄壁件的变形量逐渐增大；其中当激光功率密度为560W/mm2，扫描速度为3mm/s，扫描层数为5层时，薄壁件变形量最大(2.4125°)；当激光功率密度为420W/mm2，扫描速度为9mm/s，扫描层数为1层时，薄壁件变形量最小(0.1775°)。
(3)分区域变工艺扫描的路径规划：首先，使用三维扫描仪对变形薄壁板材进行扫描；然后，将扫描得到的三维曲面简化为二维轮廓曲线，简化后的二维轮廓曲线有利于扫描路径的规划，在划分路径时以扫描道数最少为原则；具体划分方法参见图1：
以所述二维轮廓曲线最高点为矫正的初始点A，在所述二维轮廓曲线上过初始点A做切线1；
(a)根据步骤(2)建立的矫正工艺参数数据库选择与矫正角度θ1对应的矫正工艺参数，然后将切线1绕初始点A旋转θ1，得到虚线2，所述虚线2与所述二维轮廓曲线交于点B；
(b)同理，在所述二维轮廓曲线过点B做切线3，使用同样的方法旋转θ2得到点C，以此类推，继续规划矫正路径，直到不能划分为止；若所述二维轮廓曲线最高点的左右对称，根据曲面的对称性，则轮廓曲线的另一侧也按相同矫正工艺参数进行矫正；若不对称，则将右半轮廓曲线按照上述相同步骤(a)、(b)、(c)进行划分；区域划分数目，根据各个区域要矫正的角度决定，划分数目越多，矫正的精度相对越高，但效率会降低；通过在不同变形程度区间，采用“分区域变工艺扫描策略”，控制激光热矫形过程中的变形程度，达到分区域高精度矫正的目的；
(4)激光热矫正：根据变形薄壁板材每段划分角度大小，从已建立的矫正工艺参数数据库中选择合适且效率高的矫正工艺参数，然后将变形薄壁板材固定进行激光热矫正，防止在激光热矫正过程中摆动，产生新的变形量。
由于变形薄壁件存在一定翘起角度，在取拉伸试样时，考虑到变形薄壁件的中间位置变形量最小，故从中间位置选取，如图2所示。
本发明的激光热矫正变形薄壁件的方法，工艺简单、易操作，可经过多次操作来实现矫正变形的目的，同时对于高硬度和脆性大的薄壁件同样适用，其力学性能与矫正前相当，成形精度高，矫正率可达到90％以上。
以下结合具体操作实施例对本发明的具体实施方式加以进一步说明。
实施例1
(1)2Cr13薄壁板材清洁：选取长77mm、宽50mm、厚4mm的变形2Cr13薄壁板材，如图3a所示，使用无水乙醇清洗其表面杂质和油污，然后进行干燥；
(2)分区域变工艺扫描的路径规划
使用三维扫描仪对变形2Cr13薄壁板材进行扫描，然后将扫描得到的三维曲面简化为二维轮廓曲线，简化后的二维轮廓曲线有利于扫描路径的规划；以激光修复后常见的正向弯曲变形为例，以扫描次数最少为原则；由于变形薄壁板材左右对称，具体划分方法参见图3b：
①根据矫正工艺参数数据库选择与矫正角度对应的矫正工艺参数。本实施例中以所述二维轮廓曲线最高点为矫正的初始点A，在所述二维轮廓曲线上过该初始点A做切线1，将切线1绕点A旋转2.20°，得到虚线2，所述虚线2与所述二维轮廓曲线交于点B，得到∠1A2＝2.20°；因此，选择的矫正工艺参数为激光功率密度560W/mm2，激光束扫描速度3mm/s，扫描层数5层时，其薄壁件平均变形量为2.41°对区域1进行激光热矫正；
②在曲线上过点B作切线3，将切线3绕着点B旋转1.80°，得到虚线4，所述虚线4与所述二维轮廓曲线交于点C,得到∠3B4＝1.80°，区域2选择的工艺参数为激光功率密度560W/mm2，激光束扫描速度3mm/s，扫描层数4层时，其薄壁件平均变形量为1.84°；
③同理，在曲线过点C作切线5，使用同样的方法旋转1.50°，得到虚线6，所述虚线6与所述二维轮廓曲线交于点D，得∠5C6＝1.50°，区域3选择的工艺参数为激光功率密度560W/mm2，激光束扫描速度6mm/s，扫描层数5层时，其薄壁件平均变形量为1.52°；
④过点D作切线7，将切线7绕着点D旋转1.40°，得到虚线8，所述虚线8与所述二维轮廓曲线交于点E，得∠7D8＝1.40°，区域4选择的矫正工艺参数为激光功率密度560W/mm2，激光束扫描速度3mm/s，扫描层数3层时，其薄壁件平均变形量为1.40°；
⑤过点E作切线9，将切线9绕着点E旋转0.80°，得虚线10，所述虚线10与所述二维轮廓曲线交于点F，得∠9E10＝0.80°，区域5选择的矫正工艺参数为激光功率密度560W/mm2，激光束扫描速度3mm/s，扫描层数2层时，其薄壁件平均变形量为0.81°；然后将变形薄壁板材固定好，对变形2Cr13薄壁板材进行矫正，如图3c所示；
(3)将矫正前和矫正后的薄壁件利用“微分法”的思想，测量点之间距离越小，所述二维轮廓曲线越接近真实值，确定每5mm取一个点测量水平高度，再选择每15mm这组数据取平均值；矫正前后变形薄壁件的水平测量高度分别如图3d、图3e所示，将矫正前的平均值减去矫正后的平均值后除以矫正前的平均值，得变形薄壁板材的矫正率，结果如表2所示：
表2薄壁板材的矫正率
Figure BDA0003199865900000081
由表2可见，薄壁板材的矫正率都在95％以上，说明使用“分区域变工艺扫描策略”能有效实现对变形薄壁件的矫正。
表3变形薄壁件矫正前后力学性能
屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率 维氏硬度/HV
矫正前 447.3 614.9 25.1％ 215.2±5.7
矫正后 462.1 620.1 24.5％ 227.8±8.8
矫正后的变形薄壁件采用线切割试样做拉伸，发现矫正后的力学性能相比矫正前在误差范围内，具体如图4试样应力-应变曲线图所示。由表3可知，薄壁件矫正后的强度及硬度略优于矫正前的，是因为矫正过程中薄壁板材表面受到激光重熔作用，因此在薄板表面获得细小均匀的组织。但重熔作用于薄板表面，对整体的影响较小，因此对薄壁板材整体的性能并没有显著的影响。因此，激光热矫正变形薄壁板材的方法可运用于解决薄壁板材在制备或服役过程产生变形。
实施例2
(1)选取长78.5mm、宽50mm、厚4mm的变形2Cr13薄壁板材为例，如图5a所示，使用无水乙醇清洗其表面杂质和油污，并进行干燥；
(2)分区域变工艺扫描的路径规划
使用三维扫描仪对变形薄壁板材2Cr13进行扫描，然后将扫描得到的三维曲面简化为二维轮廓曲线，简化后的二维轮廓曲线有利于扫描路径的规划；以激光修复后常见的正向弯曲变形为例，以最少的扫描次数为原则；由于变形薄壁件左右对称，因此具体划分方法见图5b：
①根据矫正工艺参数数据库选择与矫正角度对应的矫正工艺参数，本实施例中以所述二维轮廓曲线最高点为矫正的初始点A，在所述二维轮廓曲线上过该初始点A做切线1，将切线1绕点A旋转0.70°，得到虚线2，所述虚线2与曲线交于点B，得到∠1A2＝0.70°；因此，选择的矫正工艺参数为激光功率密度420W/mm2，激光束扫描速度9mm/s，扫描层数5层时，其薄壁件平均变形量为0.69°，可对区域1进行激光热矫正；
②在所述二维轮廓曲线上过点B作切线3，将切线3绕着点B旋转0.60°，得到虚线4，所述虚线4与所述二维轮廓曲线交于点C,得到∠3B4＝0.60°，区域2选择的矫正工艺参数为激光功率密度420W/mm2，激光束扫描速度3mm/s，扫描层数2层时，其薄壁件平均变形量为0.60°；
③同理，在曲线过点C作切线5，使用同样的方法旋转0.50°，得到虚线6，所述虚线6与所述二维轮廓曲线交于点D，得∠5C6＝0.50°，区域3选择的工艺参数为激光功率密度420W/mm2，激光束扫描速度6mm/s，扫描层数2层时，其薄壁件平均变形量为0.48°；
④过点D作切线7，将切线7绕着点D旋转0.50°，得到虚线8，所述虚线8与所述二维轮廓曲线交于点E，得∠7D8＝0.50°，区域4选择的工艺参数为激光功率密度420W/mm2，激光束扫描速度6mm/s，扫描层数2层时，其薄壁件平均变形量为0.48°；
⑤过点E作切线9，将切线9绕着点E旋转0.40°，得虚线10，所述虚线10与所述二维轮廓曲线交于点F，得∠9E10＝0.40°，区域5选择的工艺参数为激光功率密度420W/mm2，激光束扫描速度9mm/s，扫描层数4层时，其薄壁件平均变形量为0.43°；
⑥过点E作切线11，将切线11绕着点E旋转0.30°，得虚线12，所述虚线12与所述二维轮廓曲线交于点G，得∠11E12＝0.30°,区域6选择的工艺参数为激光功率密度420W/mm2，激光束扫描速度3mm/s，扫描层数1层时，其薄壁件平均变形量为0.33°。然后将变形薄壁板材固定好，对变形薄壁板材2Cr13进行矫正，如图5c所示。
将矫正前和矫正后的薄壁件利用“微分法”的思想，测量点之间距离越小曲线越逼近真实的曲线，确定相距5mm取一个点测量水平高度，再选择相距15mm这组数据取平均值。矫正前变形薄壁件的水平测量高度如图5d所示，矫正后薄壁件的水平测量高度如5e所示。将矫正前的平均值减去矫正后的平均值后除以矫正前的平均值，可知变形薄壁件的矫正率，结果如表4所示：
表4薄壁板材的矫正率
距离(mm) 0～15 20～35 40～55 60～78.5
矫正前 0.93 1.92 2.04 1.08
矫正后 0.08 0.16 0.17 0.09
矫正率 93.54％ 91.66％ 91.66％ 91.66％
由表4可见，薄壁件的矫正率都在90％以上，则说明使用“分区域变工艺扫描策略”能有效实现对变形薄壁件的矫正。
表5变形薄壁件矫正前后性能
屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率 维氏硬度/HV
矫正前 456.3 623.4 23.7％ 208.2±7.1
矫正后 467.2 627.1 23.4％ 210.5±8.3
矫正后的变形薄壁件采用线切割试样做拉伸，发现矫正后的力学性能相比矫正前在误差范围内，具体如图6试样应力-应变曲线图所示。由表5可知，薄壁件矫正后的强度及硬度略优于矫正前的，是因为矫正过程中薄壁板材表面受到激光重熔作用，因此在薄板表面获得细小均匀的组织。但重熔作用于薄板表面，对整体的影响较小，因此对薄壁板材整体的性能并没有显著的影响。
本发明利用激光热矫正变形薄壁件的方法，能够有效提高制造与再制造技术领域的效率，延长薄壁件的使用寿命，进而对推动该领域可持续发展和绿色发展具有重要意义。
本说明书中，对各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分，互相参见即可，初始后续实施例重点说明的都是与前述实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅是以厚度为4mm厚的变形2Cr13薄壁板材作为本发明方法实施例，对于其他材质和厚度的变形薄壁件，同样可采用本发明方法矫正。

Claims (4)

1.一种激光热矫正变形薄壁件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）变形薄壁件预处理：清洁变形薄壁件表面杂质和油污，并进行干燥；
（2）矫正工艺参数数据库建立：通过正交试验得出激光功率、扫描速度、光斑直径和扫描次数对变形薄壁件的变形影响规律，并采用正交试验的极差分析法确定所述各因素对薄壁件变形影响的主次关系，经不同的激光工艺参数进行扫描，通过三维扫描仪器测量其变形量，将这些数据建立一个矫正工艺参数数据库；
（3）分区域变工艺扫描的路径规划：首先，使用三维扫描仪对变形薄壁件进行扫描；然后，将扫描得到的三维曲面简化为二维轮廓曲线，进行路径划分；
（4）激光热矫正：从已建立的矫正工艺参数数据库里选择相应的矫正工艺参数对变形薄壁件进行激光热矫正。
2.根据权利要求1所述激光热矫正变形薄壁件的方法，其特征在于，步骤（2）中，将激光扫描后薄壁件的变形量使用三维扫描仪测量薄壁件的变形角度。
3.根据权利要求1或2所述激光热矫正变形薄壁件的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述薄壁件为4mm厚的2Cr13薄壁件，选定激光功率密度为420~560 W/mm2，扫描速度为3~9mm/s，扫描层数为1~5层，建立矫正工艺参数数据库。
4.根据权利要求1或2所述激光热矫正变形薄壁件的方法，其特征在于，步骤（3）中，划分路径的具体方法是：
将以变形薄壁件经三维扫描仪扫描得到的三维曲面，简化为二维轮廓曲线，该曲线最高点为矫正的初始点A，在曲线上过初始点A做切线1；
根据矫正工艺参数数据库里的平均变形量确定矫正角度θ1，然后，将切线1绕所述初始点A顺时针或逆时针旋转θ1，得到虚线2，所述虚线2与所述曲线交于点B；以确定初始点A与点B的水平距离在点B处为该矫正角度θ1对应的矫正工艺参数时进行激光扫描的位置；
同理，在所述曲线过点B做切线3，根据矫正工艺参数数据库里的平均变形量确定矫正角度θ2，使用同样的方法旋转θ2得到点C，以此类推，继续规划矫正路径，直到不能划分为止；若轮廓曲线最高点的左右曲线对称，根据曲面的对称性，则轮廓曲线最高点的另一侧也按相同矫正工艺参数进行矫正；若轮廓曲线最高点的左右不对称，则将右半轮廓曲线按照所述相同步骤(a)、(b)、(c)进行划分。
CN202110905346.6A 2021-08-06 2021-08-06 一种激光热矫正变形薄壁件的方法 Active CN113600641B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110905346.6A CN113600641B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种激光热矫正变形薄壁件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110905346.6A CN113600641B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种激光热矫正变形薄壁件的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113600641A true CN113600641A (zh) 2021-11-05
CN113600641B CN113600641B (zh) 2023-04-28

Family

ID=78307566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110905346.6A Active CN113600641B (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种激光热矫正变形薄壁件的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113600641B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114515770A (zh) * 2022-02-21 2022-05-20 西安理工大学 剖分式圆弧滚动导轨轨道变形的激光残余热变形校正方法
CN114769361A (zh) * 2022-04-28 2022-07-22 同方江新造船有限公司 一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005005069A2 (en) * 2002-05-16 2005-01-20 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York A system and method for laser forming of sheet metal
CN103143593A (zh) * 2011-12-07 2013-06-12 江苏大学 一种激光冲击波金属板料校形方法及装置
CN103752651A (zh) * 2014-01-09 2014-04-30 上海飞机制造有限公司 焊接整体壁板激光冲击校形方法
CN108971267A (zh) * 2017-05-31 2018-12-11 中国石油大学(华东) 一种微变形板材激光矫平方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005005069A2 (en) * 2002-05-16 2005-01-20 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York A system and method for laser forming of sheet metal
CN103143593A (zh) * 2011-12-07 2013-06-12 江苏大学 一种激光冲击波金属板料校形方法及装置
CN103752651A (zh) * 2014-01-09 2014-04-30 上海飞机制造有限公司 焊接整体壁板激光冲击校形方法
CN108971267A (zh) * 2017-05-31 2018-12-11 中国石油大学(华东) 一种微变形板材激光矫平方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114515770A (zh) * 2022-02-21 2022-05-20 西安理工大学 剖分式圆弧滚动导轨轨道变形的激光残余热变形校正方法
CN114515770B (zh) * 2022-02-21 2024-04-19 西安理工大学 剖分式圆弧滚动导轨轨道变形的激光残余热变形校正方法
CN114769361A (zh) * 2022-04-28 2022-07-22 同方江新造船有限公司 一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113600641B (zh) 2023-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113600641A (zh) 一种激光热矫正变形薄壁件的方法
Shi et al. Electric hot incremental forming of low carbon steel sheet: accuracy improvement
US8597797B2 (en) Chromium nitride ion-plating coating and its production method, as well as piston ring used for internal combustion engine
JP5614324B2 (ja) 鋼管の製造方法
JP5375941B2 (ja) プレス成形用金型設計方法、プレス成形用金型
US9289880B2 (en) Method for setting shot-peening process condition
Dolev et al. Ti-6Al-4V hybrid structure mechanical properties—Wrought and additive manufactured powder-bed material
JP2017109227A (ja) 伸びフランジ性の評価方法
WO2019017136A1 (ja) 金属板のせん断加工面での変形限界の評価方法、割れ予測方法およびプレス金型の設計方法
CN108246845B (zh) 钛合金板材等温弯曲工艺优化方法
CN103111496B (zh) 一种连续弯曲的金属板材
CN111922922A (zh) 大曲率双凸外型带筋整体壁板喷丸强化变形调控方法
CN114309261B (zh) 双曲面金属板材的渐进成形弯曲方法
JP6133915B2 (ja) ２次プレス加工性評価方法
KR102323037B1 (ko) 기판 처리 장치의 샤워 헤드 제조 방법
US20190027367A1 (en) Workpiece Processing Technique
Safari et al. Fabrication of a complicated specimen with two point incremental forming process
CN114669623A (zh) 一种椭圆截面薄壁无磁不锈钢真空管道的成型方法
CN114322864A (zh) 珠光体片层间距三维测量方法
CN113430523A (zh) 一种光学用铝合金表面多维可控反应能束复合抛光方法
TWI540004B (zh) 壓製成形用金屬板
Joshi et al. Manufacturing technology development for an ‘angled’accelerator grid segment for DNB Beam Source
US10767241B2 (en) Support fixture for heat treating sheets having complex shapes
RU2818513C1 (ru) Способ изготовления штамповки лопатки газотурбинного двигателя из двухфазного титанового сплава
CN1132216C (zh) 阴极射线管的荫罩及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant