[发明专利]一种交叉筋整体壁板的激光诱导自由成形方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种交叉筋整体壁板的激光诱导自由成形方法及装置。

背景技术

工程上有这样一类板筋零件(例如飞机、空间站的整体壁板零件)，是蒙皮与支撑筋条一体化的构件，需要采取压弯(滚弯，压弯的另一种形式，成形零件可以在被压弯的同时随支撑辊转动)方式成形。为了保障成形安全、满足成形量和形状精度要求，对这类零件往往需要采取小量变形多次退火或人工时效的办法成形，之后还需要根据经验采用“人工锤敲”、“皮条抽打”或“喷丸”等手段进行校形。然而上述校形方式不仅容易在工件表面留下损伤和安全隐患，而且其效果依赖操作者的经验，难以实现自动化制造，制造精度比较低。

随着工程需求的发展，这类零件的尺寸越来越大、支撑筋条越来越高、结构形状越来越复杂。采用上述方法成形的技术难度也越来越大，甚至完全无法成形。其主要体现是：零件的变形抗力大、回弹量大、塑性变形能力低、成形精度差、易出现导致零件报废的筋条起皱和开裂等变形损伤。

采用压弯与喷丸复合成形的方法可在一定程度上解决上述难题。该方法的原理是:利用胎模压弯并固定整体壁板，然后通过喷丸处理使其因表层发生面内塑性变形和弹性内能释放而定型。由于喷丸方法产生的塑性变形仅限于零件表层，由其导致的壁板的弯曲量也很有限。高温时效(蠕变)也是成形大尺寸整体壁板的有效方法，该方法也需要将整体壁板压弯并固定于胎模，但其定型是在特制的高温罐内通过人工时效实现的。该方法的单次成形量显然大于压弯和喷丸复合成形方法，但其成形零件的整体强度可能因为长时间高温时效而降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种交叉筋整体壁板的激光诱导自由成形方法，可控制待成形整体壁板进行激光诱导自由成形的精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种交叉筋整体壁板的激光诱导自由成形方法，所述激光诱导自由成形方法包括：

步骤一：提取待成形整体壁板的几何信息，确定所述待成形壁板的几何信息与成形所需应变的对应关系；

步骤二：根据所述待成形整体壁板的几何信息及成形所需应变确定对所述待成形整体壁板激光扫描时的激光扫描路径及激光工艺参数；

步骤三：在以所述激光工艺参数并按照激光扫描路径对所述待成形整体壁板进行激光扫描的过程中，测量待成形整体壁板的待成形曲面信息；

步骤四：计算所述待成形曲面信息与目标曲面信息之间的误差，

步骤五：判断所述误差是否大于设定阈值，如果是，则根据所述误差调整在对所述待成形整体壁板激光扫描时的激光扫描路径及激光工艺参数；否则，停止激光扫描，激光诱导自由成形完成。

可选的，所述确定所述待成形壁板的几何信息与成形所需应变的对应关系的方法包括：

将待成形整体壁板的三维几何模型分解；

提取分解后三维几何模型的特征线和特征点；

根据所述特征线和特征点向整体壁板外形曲面上投影，以建立待成形壁板的几何信息与成形所需应变的对应关系。

可选的，所述应变包括：壁板弯曲时应力应变的分布、变化规律以及弹性势能的分布、变化规律。

可选的，所述确定对所述待成形整体壁板激光扫描时的激光扫描路径的方法包括：

对所述待成形整体壁板的几何信息进行分析；

获取所述待成形整体壁板的待成形曲面的最大曲率线方向和大小，所述激光扫描路径为沿着所述待成形曲面的最大曲率线方向移动的路径。

可选的，所述激光工艺参数包括激光扫描速度；其中，

所述确定对所述待成形整体壁板激光扫描时激光工艺参数的方法包括：

获取所述待成形曲面的各个曲率；

将所述待成形曲面的各个曲率的数值按照大小顺序均匀分为N个部分，选取分别对应各个曲率数值范围的激光扫描速度V_i，其中，i＝1,...,N，且激光扫描速度V_i依次递增；

按照设定的激光扫描速度，对对应各个曲率数值范围的待成形整体壁板进行激光扫描。

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：