CN1307947A - 激光金属变形方法 - Google Patents
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Abstract
激光金属变形方法属于无切屑的金属加工成型领域。该方法采用具有一定光斑直径的激光束以一定的功率和速度按需用的路径扫描金属制件表面使其变形成型。由于不需使用常规机械加工方法所用的机床设备及模具,特别适于小批量多品种的金属板、管棒、或型材的加工成型。
Description
本发明属于无切屑的金属加工成型领域，涉及一种用激光使金属板、管、棒或型材变形而成型的方法。
现有的基本无切屑的金属加工成型技术例如冲压、锻造、轧、压制等机械加工方法，不仅需用复杂的大型甚至重型机床设备，在大量生产时还需使用模具，致使生产准备周期长，制造成本高；在生产过程中，震动噪音很大；制成品的塑性变差；对于弯曲金属板、管、棒或型材等的加工成型所使用的弯板机、弯管机等不仅具有上述设备的缺点，对应其规格适于加工工件的尺寸范围也很小，并且不能加工较复杂的制件，在弯曲管材时，还存在外侧壁变薄的问题，影响制件质量。
本发明的目的是要解决现有技术的上述缺陷，提供一种用激光使金属板、管、棒或型材变形而成型的方法。
上述目的由以下技术方案实现：
激光金属变形方法，采用气体或固体激光加工，其步骤为：
(1)工件预处理：清洁工件表面，
(2)选定成型方法，包括：正向变形和/或反向变形，
(3)设定加工工艺条件，
(4)将激光束对准工件表面起始扫描位置，
(5)沿被加工工件表面按预定路径扫描，包括：直线扫描和/或曲线扫描。其中
(1)金属板材正向变形的工艺条件是：
激光器功率为0.5～5000W；
激光光斑直径为0.5～12mm；
激光扫描速度为0.001～2m/s；
被扫描金属表面最高温度范围为400℃～低于熔点5～7％℃；
激光扫描路径是：自工件的一端至另一端。
(2)金属板材反向变形的工艺条件是：
激光器功率为0.5～5000W；
激光光斑班直径为6～30mm；
激光扫描速度为0.001～1.5m/s；
被扫描金属表面最高温度范围为400℃-低于熔点3～7％℃；
激光扫描路径是：自工件的一端至另一端。
(3)金属管材变形的工艺条件是：
激光器功率为0.5～5000W；
激光光斑直径为3～30mm；
激光扫描速度为0.001～1.5m/s；
激光扫描角度范围是：0～180℃；
被扫描金属表面最高温度范围为400℃～低于熔点3～7％℃；
图1是本发明激光弯曲金属板正向变形方法示意图；
图2是本发明激光弯曲金属板反向变形方法示意图；
图3是本发明激光弯曲金属管正向变形方法示意图；
图4是本发明激光弯曲金属管在扫描平面上的壁厚变化示意图；
图5是本发明激光弯曲金属管在扫描平面上沿射线方向塑性变形的变化示意图；
图6是本发明激光组合变形金属薄壳制件的示意图；
图7是本发明激光组合变形碗形金属制件的示意图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步阐述：实施例1、金属板材正向变形：
如图1所示，工件-金属板1.2由夹具1.3夹持，具有较小光斑直径的激光束1.1沿箭头所示方向以较快速度从金属板1.2表面的一侧采取直线路径扫描至另一侧，使工件正向(即面向激光发射方向)被弯曲变形。其原理是由于金属受热时其强度降低而且体积膨胀，使接近上表面的金属产生较多的塑性变形，在扫描完毕后，在接近上表面的金属又产生较大收缩，致使金属板产生向上弯曲得到正向变形角度而成型。
正向成型的工艺条件是：采用气体或固体激光；
激光器功率为0.5～5000W；
激光上班直径为0.5～12mm；
激光扫描速度为0.001～2m/s；
激光扫描金属表面最高温度范围为400℃～低于熔点3～7％℃；
激光扫描路径是：自工件的一端至另一端。
板材厚度范围是0.1～60mm。板材长度和宽度不受限制。实施例2、金属板反向变形：
如图2所示，具有较大光斑直径的激光束2.1以较慢的速度从工件-金属板2.2表面的一侧采取直线路径扫描至另一侧，由于金属受热时膨胀和金属变形受到较大限制，同时由于接近上表面金属产生较多的膨胀，被扫描区域的金属产生
向上快速变形，最终使金属板材产生反向(即背对激光发射方向)变形(图中虚线表示激光变形前的形状)。
反向变形的工艺条件是：采用气体或固体激光，
激光器功率为0.5～5000W；
激光光斑直径为6～30mm；
激光扫描速度为0.001～1.5m/s；
激光扫描金属表面最高温度范围为400℃～低于熔点3～7％℃；
激光扫描路径是：自工件的一端至另一端。
板材厚度范围是0.1～60mm。板材长度和宽度不受限制。实施例3、金属管材变形：
如图3所示，具有较大光斑直径的激光束3.1沿被夹持在夹具3.3中的金属管件3.2的圆周表面扫描，扫描角度范围为θ°～θ°max，使管材3.2得到角度α弯曲变形而成型。
金属管材变形的工艺条件是：采用气体或固体激光
激光器功率为0.5～5000W；
激光光斑直径为3～30mm；
激光扫描速度为0.001～1.5m/s；
激光扫描金属表面最高温度范围为400℃～低于熔点3～7％℃；
激光扫描路径是：自工件的一端至另一端。
管材厚度范围是0.1～40mm。管材长度、内径和外径不受限制。
管材横截面形状可以是圆形、方形等各种形状，截面形状从一端到另一端可以是变化的。
由实测结果显示激光弯曲管材时，管壁厚度变化和塑性变形的变化都很小。当以功率为780W，光斑直径为11mm，扫描速度为1.57rad/s，扫描范围为0°～180°的激光束扫描管材时，其壁厚变化如图4所示，图中横座标为扫描角度，纵座标为壁厚变化百分比。其塑形变形如图5所示，图中横座标为扫描角度，纵座标为沿射线方向塑性变形变化百分比，虚线表示内表面，实线表示外表面。实施例4、金属板组合变形：
利用激光变形技术，采用不同的变形方法(正向或/或反向)及不同扫描路径(直线和/或曲线)的配合可得到如图6所示的薄壳，图7所示的碗状制件等不同形状的制品，尤适用于船板、飞机外壳等变形成型。
以上变形方法亦适用于各种金属棒材及型材加工成型，各种金属板、激光变形技术调整使其达到共面。
本发明所提供的方法较现有相关技术具有以下积极效果：
1、不需使用常规机床设备及模具，为小批量多品种的板材和管材生产加工带来一场质的变革；
2、使总体生产时间缩短，生产成本降低；
3、通过控制工艺参数，能使产品内部金相组织得到改善；
4、在弯曲管材时，管壁厚度变化和塑性变形变化都很小。
Claims (4)
1、一种激光金属变形方法，采用气体或固体激光加工，其特征在于，
(1)工件预处理：清洁工件表面，
(2)选定成型方法，包括：正向成型和/或反向成型，
(3)设定加工工艺条件，
(4)将激光束对准工件表面起始扫描位置，
(5)沿被加工工件表面按预定路径扫描，包括：直线扫描和/或曲线扫描。
2、按照权利要求1所规定的激光金属变形方法，其特征在于，金属板材正向变形的工艺条件是：
激光器功率为0.5～5000W；
激光光斑直径为0.5～12mm；
激光扫描速度为0.001～2m/s；
被扫描金属表面最高温度范围为400℃～低于熔点3～7％℃；
激光扫描路径是：自工件的一端至另一端。
3、按照权利要求1所规定的激光金属变形方法，其特征在于，金属板材反向变形的工艺条件是：
激光器功率为0.5～5000W；
激光光斑班直径为6～30mm；
激光扫描速度为0.001～1.5m/s；
被扫描金属表面最高温度范围为400℃-低于熔点3～7％℃；
激光扫描路径是：自工件的一端至另一端。
4、按照权利要求1所规定的激光金属变形方法，其特征在于，金属管材变形的工艺条件是：
激光器功率为0.5～5000W；
激光光斑直径为3～30mm；
激光扫描速度为0.001～1.5m/s；
激光扫描角度范围是：0～180℃；
被扫描金属表面最高温度范围为400℃～低于熔点3～7％℃。
激光扫描路径是：沿工件圆周表面从一侧至另一侧。
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| CN 01104037 CN1307947A (zh) | 2001-02-19 | 2001-02-19 | 激光金属变形方法 |
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| CN 01104037 CN1307947A (zh) | 2001-02-19 | 2001-02-19 | 激光金属变形方法 |
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