一種減小板材邊緣效應(yīng)的方法與流程

本發(fā)明涉及板材加工領(lǐng)域，具體涉及一種減小板材邊緣效應(yīng)的方法。

背景技術(shù)：

金屬板材成形技術(shù)在現(xiàn)代航空、航天、船舶、汽車(chē)等工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，板材件占有比例很大，因此需要對(duì)金屬板材成形技術(shù)進(jìn)行深入研究，掌握其成形機(jī)理并提高成形精度，以便更好的應(yīng)用于實(shí)踐；在這方面許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究，取得了許多研究成果。激光板材成形技術(shù)是利用激光束照射金屬板材表面，在金屬板材厚度方向產(chǎn)生強(qiáng)烈的溫度梯度，誘發(fā)不均勻熱應(yīng)力，進(jìn)而在板材橫截面處產(chǎn)生彎矩作用于板材，同時(shí)板材加熱區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，最終將板材彎曲成形的技術(shù)。

與傳統(tǒng)的板材機(jī)械成形、時(shí)效成形等板材成形技術(shù)相比，激光板材成形無(wú)需模具、無(wú)需外力，因而生產(chǎn)周期短、柔性大，特別適合小批量零件的生產(chǎn)；由于不受模具限制，可成形各類(lèi)異構(gòu)件；激光熱成形屬于熱態(tài)積累成形，能夠成形高硬度和脆性材料，像鈦鎳合金、陶瓷、鑄鐵等；借助形狀測(cè)量?jī)x和紅外測(cè)溫儀，可在數(shù)控加工機(jī)上進(jìn)行全過(guò)程閉環(huán)控制，以提高成形精度；激光熱成形為非接觸成形，變形時(shí)無(wú)外力作用，因而回彈較小，成形精度較高；在成形過(guò)程中，單次掃描變形量較小，成形時(shí)不易產(chǎn)生皺曲，特別適合于單件、小批量生產(chǎn)及用常規(guī)方法難以成形的材料的成形。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要圍繞平板的激光成形技術(shù)進(jìn)行研究。許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)板材激光成形后，掃描線(xiàn)不同位置的彎曲角度不一致，這種現(xiàn)象被廣泛稱(chēng)為“邊緣效應(yīng)”。邊緣效應(yīng)的存在嚴(yán)重影響了板材成形的精度，給后續(xù)的工藝制作帶來(lái)了困難，如焊接、組裝等，因此提供一種減小激光板材成形中的邊緣效應(yīng)的方法是尤為必要的。為了減小激光板材成形中的邊緣效應(yīng)，本發(fā)明提出了一種新的掃描方式：間斷掃描，從而減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，提高板材的成形精度。

鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明采用的技術(shù)方案在于，提供一種減小板材邊緣效應(yīng)的方法，其采用間斷掃描的方式來(lái)進(jìn)行板材的激光成形，所述間斷掃描方式的具體實(shí)施步驟如下：

步驟一：在所述板材表面涂覆石墨，以提高激光吸收率；

步驟二：將涂覆石墨后的所述板材用夾具固定于工作臺(tái)，并保持涂覆石墨一側(cè)向上；

步驟三：選取激光掃描的掃描位置；

步驟四：對(duì)待掃描位置進(jìn)行加熱區(qū)域劃分；

步驟五：根據(jù)掃描位置加熱區(qū)域劃分的情況，首先間斷掃描其中的第一掃描區(qū)域，待所述板材冷卻后掃描第二掃描區(qū)域。

較佳的，在所述步驟四中，對(duì)待掃描位置進(jìn)行加熱區(qū)域劃分時(shí)，為保證所述板材在間斷掃描時(shí)掃描位置的對(duì)稱(chēng)性，將板材掃描位置劃分為奇數(shù)2n+1個(gè)加熱區(qū)域；

在所述步驟五中，首先對(duì)劃分后的加熱區(qū)域間斷掃描其中的n或n+1段，掃描結(jié)束待板材冷卻后，掃描其余未掃描的n+1或n段，最終將所述板材成形為一定的彎曲角度。

較佳的，所述第一掃描區(qū)域和所述第二掃描區(qū)域處于同一所述待掃描位置，且所述第一掃描區(qū)域與所述第二掃描區(qū)域不重疊。

較佳的，在所述步驟二中，利用夾具將所述板材固定在工作臺(tái)，固定方式可以采用端部固定或板材中部固定。

較佳的，所述激光的功率為50W-3000W、掃描速度為1mm/s-100mm/s、光斑直徑為1mm-40mm。

較佳的，在掃描過(guò)程中，保持激光功率不變，掃描速度不變，光斑尺寸不變。

與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的有益效果在于：1、采用間斷掃描的方式針對(duì)板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，以及成形中與掃描方向相垂直的方向的彎矩，將待掃描位置劃分為不同的加熱區(qū)域，首先間斷掃描其中的一些區(qū)域，待板材冷卻后掃描其余的掃描區(qū)域，從而減小板材激光掃描過(guò)程中與掃描方向相垂直的方向的彎矩，進(jìn)而減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象；2、所述的間斷掃描方式相比于傳統(tǒng)的變速掃描等變能量掃描方式而言，優(yōu)點(diǎn)在于所述間斷掃描方式保證了板材掃描線(xiàn)不同位置具有相同的熱影響區(qū)及相同的力學(xué)性能，從而有效減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，降低板材激光成形后沿掃描位置不同位置彎曲角度不同的情況，實(shí)現(xiàn)了激光板材成形的快速無(wú)模成形，提高板材的成形精度；3、將待掃描位置劃分為奇數(shù)2n+1個(gè)區(qū)域，從而保證了所述板材在間斷掃描時(shí)，掃描位置的對(duì)稱(chēng)性，從而減小了所述板材由于掃描位置的不對(duì)稱(chēng)性造成不必要的成形精度誤差。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明各實(shí)施例中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。

圖1是本發(fā)明減小板材邊緣效應(yīng)的方法的示意圖一；

圖2是本發(fā)明減小板材邊緣效應(yīng)的方法的示意圖二；

圖3是本發(fā)明減小板材邊緣效應(yīng)的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明在于提供一種能夠減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象的方法，提高板材激光成形后的成形精度。激光板材成形技術(shù)是利用激光束照射板材表面，同時(shí)板材在激光掃描過(guò)的加熱區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，最終將板材彎曲成形的技術(shù)。

邊緣效應(yīng)現(xiàn)象指板材激光成形后沿掃描位置不同位置彎曲角度不同的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的存在降低了板材的成形精度，給后續(xù)的工藝制作帶來(lái)了困難，如焊接、組裝等。如圖1所示，其為本發(fā)明減小板材邊緣效應(yīng)的方法的示意圖一；在板材1上沿任一方向進(jìn)行激光掃描時(shí)，由于激光的高能量，在所述板材1厚度方向產(chǎn)生強(qiáng)烈的溫度梯度，誘發(fā)不均勻熱應(yīng)力，進(jìn)而在所述板材1橫截面處產(chǎn)生彎矩，所述彎矩作用于所述板材1。但由于激光掃描線(xiàn)的移動(dòng)需要時(shí)間，先掃描的區(qū)域逐漸開(kāi)始冷卻變形，未掃描到的區(qū)域尚未開(kāi)始變形，從而導(dǎo)致掃描線(xiàn)不同位置的彎曲角度不一致，其中，在板材平面內(nèi)，與掃描方向相垂直的方向的彎矩為導(dǎo)致板材邊緣效應(yīng)現(xiàn)象的根本原因。為了減小激光板材成形中的邊緣效應(yīng)，本發(fā)明提出了一種新的掃描方式：間斷掃描，以減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，提高板材的成形精度。

如圖1、圖2所示，所述間斷掃描方式先將板材固定于工作臺(tái)，在所述板材1上選擇任意位置進(jìn)行激光掃描，激光掃描之前對(duì)待掃描位置進(jìn)行分段，隨后對(duì)待掃描位置進(jìn)行間斷掃描形式的激光掃描，首先掃描其中的第一掃描區(qū)域2，待板材冷卻后，再掃描與所述第一掃描區(qū)域2處于同一所述待掃描位置且區(qū)域不重疊的第二掃描區(qū)域2’，進(jìn)而將板材加工彎曲為一定的角度。

所述間斷掃描方式針對(duì)板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，以及成形中與掃描方向相垂直的方向的彎矩，將待掃描位置劃分為不同的加熱區(qū)域，首先間斷掃描其中的一些區(qū)域，待板材冷卻后掃描其余的掃描區(qū)域，從而減小板材激光掃描過(guò)程中與掃描方向相垂直的方向的彎矩，進(jìn)而減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象。

所述的間斷掃描方式相比于傳統(tǒng)的變速掃描等變能量掃描方式而言，優(yōu)點(diǎn)在于所述間斷掃描方式保證了板材掃描線(xiàn)不同位置具有相同的熱影響區(qū)及相同的力學(xué)性能，從而有效減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，降低板材激光成形后沿掃描位置不同位置彎曲角度不同的情況，實(shí)現(xiàn)了激光板材成形的快速無(wú)模成形，提高板材的成形精度。

如圖3所示，所述間斷掃描方式的具體實(shí)施步驟如下：

步驟一：在所述板材表面涂覆石墨，以提高激光吸收率；

步驟二：將涂覆石墨后的所述板材用夾具固定于工作臺(tái)，并保持涂覆石墨一側(cè)向上；

步驟三：選取激光掃描的掃描位置；

步驟四：對(duì)待掃描位置進(jìn)行加熱區(qū)域劃分；

步驟五：根據(jù)掃描位置加熱區(qū)域劃分的情況，首先間斷掃描其中的所述第一掃描區(qū)域2，待所述板材冷卻后掃描所述第二掃描區(qū)域2’。

其中，在所述步驟二中，利用夾具將所述板材固定在工作臺(tái)，固定方式可以采用端部固定或板材中部固定。

實(shí)施例一

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，在所述步驟四中，在激光掃描之前對(duì)待掃描位置進(jìn)行加熱區(qū)域劃分，將待掃描位置劃分為奇數(shù)2n+1個(gè)區(qū)域，隨后進(jìn)行步驟五，根據(jù)掃描位置加熱區(qū)域劃分的情況，對(duì)待掃描位置進(jìn)行間斷掃描形式的激光掃描，首先間斷掃描其中的n或n+1個(gè)區(qū)域，待板材冷卻后掃描其余的n+1或n個(gè)區(qū)域，進(jìn)而將板材加工彎曲為一定的角度。

將待掃描位置劃分為奇數(shù)2n+1個(gè)區(qū)域，從而保證了所述板材在間斷掃描時(shí)，掃描位置的對(duì)稱(chēng)性，無(wú)論掃描其中的n個(gè)區(qū)域或掃描其中的n+1個(gè)區(qū)域，待掃描區(qū)域的幾何中心均為整體掃描位置的幾何中心。

因此，將待掃描位置劃分為奇數(shù)2n+1個(gè)區(qū)域，保證了所述板材在間斷掃描時(shí)掃描位置的對(duì)稱(chēng)性，從而減小了所述板材由于掃描位置的不對(duì)稱(chēng)性造成不必要的成形精度誤差。

實(shí)施例二

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，如圖1、圖2所示，所述間斷掃描方式先將板材固定于工作臺(tái)，在所述板材1上選擇y軸方向平行的任意位置進(jìn)行激光掃描，激光掃描之前對(duì)待掃描位置進(jìn)行分段，隨后對(duì)待掃描位置進(jìn)行間斷掃描形式的激光掃描，首先掃描其中的第一掃描區(qū)域2，待板材冷卻后，再掃描與所述第一掃描區(qū)域2處于同一所述待掃描位置且區(qū)域不重疊的第二掃描區(qū)域2’，進(jìn)而將板材加工彎曲為一定的角度。

成形過(guò)程中，所述間斷掃描的掃描形式，減小了與y軸方向相垂直的x軸方向的彎矩，進(jìn)而減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象。

實(shí)施例三

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，所述間斷掃描方式先將板材固定于工作臺(tái)，在所述板材1上選擇x軸方向平行的任意位置進(jìn)行激光掃描，激光掃描之前對(duì)待掃描位置進(jìn)行分段，隨后對(duì)待掃描位置進(jìn)行間斷掃描形式的激光掃描，首先掃描其中的第一掃描區(qū)域2，待板材冷卻后，再掃描與所述第一掃描區(qū)域2處于同一所述待掃描位置且區(qū)域不重疊的第二掃描區(qū)域2’，進(jìn)而將板材加工彎曲為一定的角度。

成形過(guò)程中，所述間斷掃描的掃描形式，減小了與x軸方向相垂直的y軸方向的彎矩，進(jìn)而減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象。

實(shí)施例四

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，激光板材成形技術(shù)是利用激光束照射板材表面，所述激光的功率為50W-3000W、掃描速度為1mm/s-100mm/s、光斑直徑為1mm-40mm。

實(shí)施例五

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，所述激光板材成形技術(shù)在利用激光束進(jìn)行掃描時(shí)，在掃描過(guò)程中，保持激光功率不變，掃描速度不變，光斑尺寸不變。

實(shí)施例六

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，選取一塊尺寸為200mm×200mm×2.5mm的5A06鋁合金平板進(jìn)行成形，表面涂覆石墨后將所述5A06鋁合金板材掃描位置劃分為11段，采用的成形參數(shù)為：激光功率P＝600W、掃描速度V＝20mm/s、光斑直徑D＝8mm，首先間斷掃描其中的6段，從所述5A06鋁合金板材第一端掃描至所述5A06鋁合金板材的第二端，在成形過(guò)程中保持成形參數(shù)不變，掃描結(jié)束待板材冷卻后從所述5A06鋁合金板材第二端掃描其余未掃描區(qū)域至所述5A06鋁合金板材第一端。

實(shí)施例七

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，選取一塊尺寸為200mm×200mm×2.5mm的5A06鋁合金平板進(jìn)行成形，表面涂覆石墨后將所述5A06鋁合金板材掃描位置劃分為13段，采用的成形參數(shù)為：激光功率P＝50W、掃描速度V＝1mm/s、光斑直徑D＝1mm，首先間斷掃描其中的7段，從所述5A06鋁合金板材第一端掃描至所述5A06鋁合金板材的第二端，在成形過(guò)程中保持成形參數(shù)不變，掃描結(jié)束待板材冷卻后從所述5A06鋁合金板材第二端掃描其余未掃描區(qū)域至所述5A06鋁合金板材第一端。

實(shí)施例八

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，選取一塊尺寸為200mm×200mm×2.5mm的5A06鋁合金平板進(jìn)行成形，表面涂覆石墨后將所述5A06鋁合金板材掃描位置劃分為9段，采用的成形參數(shù)為：激光功率P＝3000W、掃描速度V＝100mm/s、光斑直徑D＝40mm，首先間斷掃描其中的4段，從所述5A06鋁合金板材第一端掃描至所述5A06鋁合金板材的第二端，在成形過(guò)程中保持成形參數(shù)不變，掃描結(jié)束待板材冷卻后從所述5A06鋁合金板材第二端掃描其余未掃描區(qū)域至所述5A06鋁合金板材第一端。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明而言?xún)H僅是說(shuō)明性的，而非限制性的。本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對(duì)其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。