[发明专利]一种提升激光辅助弯曲成形能力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光辅助弯曲成形的方法。

背景技术

尺寸大、结构复杂，或者难变形材料之零件的成形难，以及成形精度不够且难以校形之零件的校形难的根本原因，是因其内部存在较大的弹性内能、且该内能采用常规成形或校形手段难以有效释放。针对这一问题，专利ZL 200710118095.7提出了点热源辅助压弯成形方法。该方法的基本思想是：在对上述零件进行弯曲成形或校形时，用点热源快速提升其弹性内能集中区域的温度，通过降低该区域材料的变形抗力和提高其塑性变形能力促使弹性内能做塑性功。采用激光作为点热源辅助成形或校形，是因为激光在实现能量输入方式、温度场和移动轨迹的快速响应与精准控制以及实现成形制造的自动化、柔性化和智能化等方面，具有常规热源难以比拟的优势。

激光点热源辅助弯曲成形或校形方法可以实现难成形和难校形零件的有效成形或校形。但因其受热区域较小且周边材料对该区域塑性变形的约束较大，故有必要采取措施进一步提高该方法的成形或校形的能力和精度。

发明内容

本发明中所公开的激光辅助弯曲成形方法主要通过采取两方面措施来提高激光辅助弯曲成形方法的成形或校形能力：一是改变光斑的形态，以减小加热时受热区域受周围较低温度区域材料的约束，并通过多热源、同步作用零件的多个弹性内能集中部位的方式增加单次成形能力。二是通过多道次加工，逐步地、增量地施加预应力，提高成形量。

本发明提供了一种提升激光辅助弯曲成形能力的方法包括以下步骤：

1)建立成形材料的力学性能和热物性的相关性能参数、成形零件的结构、尺寸和形状数据库，以及材料在多物理场作用下的响应规律，建立计算平台和专家系统，并通过该计算平台对坯件的虚拟加工，对难成形、需要激光加工的位置以及激光加工参数进行预判断，以及加工时坯件的约束条件；

2)根据弯曲预载荷下的弹性能分布状态设计光斑形状与激光头数量；

3)根据光斑形态通过计算平台和专家系统设计激光运动路径；

4)将步骤1)、2)、3)中的各项条件通过计算机控制系统转换成点热源加工的各项工艺参数；

5)在机械加工时，根据步骤4)中的参数通过计算机控制系统控制进行激光辅助加工以达到预期的成形效果；

6)在步骤5)加工的同时，用于测量坯件状态的传感器向控制系统反馈变形过程中的实时监控数据，计算机控制系统根据这些数据及时修正工艺参数，从而在整个加工过程中形成闭环控制；

7)如果未达到成形要求，在重复激光加工一定道次后，按照步骤1)——步骤3)重新设计下一步加工时坯件的预载荷、约束条件及激光工艺参数；

8)重复步骤4)——步骤7)直至达到成形要求。

进一步，所述光斑形状与激光头数量为多点热源、线热源、条带扫描等，并包含不规则形状光斑。

进一步，所述成形材料的力学性能和热物性的相关性能参数为：比热容、密度、热膨胀系数、热导率、弹性模量、屈服极限。

进一步，所述计算平台和专家系统为：有限元激光方法、有限差分计算方法、数据库、人工智能。

进一步，所述步骤4)中的工艺参数为：激光功率、光斑形状、扫描路径、扫描速度、机械载荷参数。

进一步，所述步骤5)中所述实时监控数据为应变，位移。

进一步，所述光斑形状为圆形截面、矩形截面、不规则形状截面。

进一步，所述光斑扫描路径依据预应力加载方式、光斑形状、成形目标因素确定；不同的光斑形状所决定的扫描路径不相同。

进一步，所述激光辅助弯曲成形方法重复加工一定次数后，所述零件弹性能转换效率逐渐降低。通过增加预载荷、加大弯曲量或更换大曲率胎模，进一步提高弹性能，从而增大成形量。

进一步，所述激光辅助弯曲成形，采用活动胎模实现多种外形的成形以及用于增大预载荷。

具体实施方式

本发明提供一种新的激光辅助弯曲成形的方法，包括如下步骤：

1)建立成形材料的力学性能和热物性的相关性能参数，如：比热容、密度、热膨胀系数、热导率、弹性模量、屈服极限等；以及成形零件的结构、尺寸、形状数据库，并根据材料在多物理场作用下的响应规律：如成形过程中材料变形的本构关系等，建立计算平台和专家系统，如：有限元激光方法、有限差分计算方法、数据库、人工智能等，并通过该计算平台对坯件的虚拟加工，对难成形、需要激光加工的位置以及激光加工参数进行预判断，以及加工时坯件的约束条件；