[发明专利]一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金薄板成形工艺方法，特别是涉及一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法。

背景技术

激光弯曲成形技术是一个新兴的技术，在20世纪80年代已经被提出来，由于其生产周期短，精度高，无模制造的加工特点，使其正日益引起板材加工业的关注。利用激光进行板材加工变形时，具有很大的灵活性，只需要设计激光的扫描轨迹和加工参数就可以获得所需形状的工件。对于生产结构复杂且小批量生产的工件运用激光弯曲技术具有传统板材加工方法所无可比拟的优势：

（1）无模制造，节省模具制造费用，生产周期短，对于单件或是小批量的产品生产尤为适用。

（2）激光加工过程中，板材是无载荷加工，因为激光扫描会使板材在激光加工的竖直方向产生温度梯度，因此板材内部会形成非均匀应力场，最终实现板材的弯曲成形，通过此种方法加工板材，最终板材不会产生回弹现象。

（3）激光弯曲是通过热态累积使板材逐渐弯曲成形的柔性制造技术，所以对于一些硬而脆的材料也适用。

（4）激光加工的灵活性高，可进行非接触式加工，适用于一些结构复杂或受空间限制难以移动或靠近的机器或工件。

（5）激光加工可以进行成形、切割、焊接等多工序、同工位复合化加工。

到目前为止国内外众多学者已经在金属板材的激光弯曲成形机理、激光弯曲成形过程的有限元模拟以及影响板材激光弯曲成形角度的影响因素等方面都取得了一定成果。可是研究仍处于初级阶段，但其潜在的使用价值是巨大的，对于在汽车业、船舶制造业、精密仪表行业以及航空领域都具有巨大的发展空间。将激光弯曲技术应用到铝合金板材的弯曲成形领域不仅可以解决复杂结构板材成形困难的问题。

从材料方面看，铝合金材料质量轻盈，强度较高，加工成型性能好和具有抗腐蚀的优点使其在工业生产中的应用前景十分广阔。并且铝合金材料具有较高的回收利用率，可达80%以上，综合铝及铝合金的成本、机械性能、确定了铝及铝合金材料在工业生产中的应用优势。将激光弯曲技术应用到铝合金板材弯曲成形，对产品的更新和生产具有巨大意义。

但如何对铝合金板材激光弯曲过程进行很好的干预，进而预测其成形角度，直接决定其弯曲成形的效果。

实际成形过程中，影响弯曲效果的因素很多，见图1。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法，该方法通过实验及BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲过程中的工艺参数及弯曲角度进行预测，根绝预测结果设置弯曲过程中的相关参数，对板材激光弯曲成形过程有指导作用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法，所述方法利用铝合金薄板及光纤激光设备，以KUKA机器人为执行机构，采用手工编程，通过基础实验，分析各成形工艺参数的激光功率、扫描速度、扫描次数和扫描方式对激光弯曲角度的影响；以实验数据作为训练样本，基于BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲工艺参数的激光功率、扫描速度和扫描次数及成形角度进行预测；

包括以下步骤：

1）选用铝合金薄板，采用激光脉冲；选取薄板样件夹具夹持；进行激光加工之前，对薄板加工表面打磨处理以去除薄板表面的氧化膜，再对加工表面用丙酮进行清洗去除表面杂质；经过打磨后，加工部位比较光亮，表面对激光能量的吸收率有所下降，为了增加加工表面对激光能量的吸收效率，激光扫描轨迹进行涂黑；

2）采用光纤激光器，为光纤振荡产生激光并采用光纤耦合输出；经聚焦头中光束进行整形和聚焦；然后将聚焦头集成到KUKA机器人系统上，通过机器人x，y，z三个方向的移动，实现光束的柔性加工；

3）选取扫描速度、扫描次数加工样件，分析激光功率对弯曲角度的影响；分别选取激光功率为450W和500W，扫描次数为5次加工样件，在扫描次数相同的情况下，扫描速度的变化范围为10mm/s～20mm/s，分析扫描速度对弯曲角度的影响；

4）选取激光功率分别为450W和500W，扫描速度均为10mm/s加工样件，通过改变扫描次数分析其对弯曲角度的影响；在相同的激光功率、扫描次数和扫描速度的情况下，变换扫描方式，分析其对弯曲角度的影响；

5）收集实验数据作为训练样本，基于BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲工艺参数，激光功率、扫描速度和扫描次数及成形角度进行预测。

所述的一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法，所述薄板一端被夹具固定在工作台上，一端处于悬空自由状态，激光束位于薄板长度方向的中间位置，沿薄板宽度方向进行扫描。