[发明专利]一种基于激光的热辅助渐进成形加工工具

说明书

本发明公开一种基于激光的热辅助渐进成形加工工具，属于板料渐进成形加工领域。它包括光路单元、调节单元、气体保护单元、工具单元和安装单元，由光纤输入的激光束通过光路单元从安装有渐进成形工具头的工具单元前方辐照到板料上，对变形区材料进行预热，通过提高板料可成形性来达到提高渐进成形质量目的。本发明通过将渐进成形工具头与激光加热装置集成到渐进成形加工工具中，无需额外的控制系统即可实现成形过程中激光轨迹的加载，加工灵活性高；可实现加工区域与加热区域的同步，保证加热效果；可减小工具头体积，便于安装以及工具头在较高速度下运动；同时可实现加热区域的气体保护。

技术领域

本发明属于板料渐进成形加工领域，尤其是一种基于激光的热辅助渐进成形加工工具。

背景技术

渐进成形是根据板料成形过程的要求，编制数控程序，利用数控设备的进给系统，使板料按照给定的路径逐步成形，最终成形出所需的工件形状的板材加工技术。渐进成形技术的数字化和信息化，大大降低了板料成形过程对专用成形工具的依赖度，这种柔性的成形工艺适合于加工小批量、多品种和复杂结构的板料产品。

随着轻质难变形材料应用的增多，加热渐进成形引起关注。通过对材料的加热，有效地提升材料的可成形性，提高成形质量。例如公开号为CN103317007A的专利提出了一种用于渐进成形的自加热工具头，仅对变形区域材料进行加热，不仅加热效率高，而且节省能源；日本广岛大学的Ryutaro Hino等提出采用两套运动控制系统分别控制加工头和激光辅助加热工具，实现对局部变形区材料的加热，但存在加热轨迹和成形轨迹不同步的问题；公开号为CN104959461的专利提出了一种激光辅助加热工具，板料的渐进热成形时，直接将辅助加热工具夹持在渐进成形设备的主轴，激光辅助加热工具与渐进加工头采用同一套系统进行控制。

采用自加热工具头，通过热传导的方式实现材料的加热，加热温度受到限制，只适合加热温度要求低的材料；采用单独的辅助加热装置，对成形设备的控制系统或安装空间提出了额外的要求，同时随着加工对象的复杂性增加，加工装置和辅助加热装置可能在加工过程中与板料、夹紧装置和设备出现干涉。

发明内容

为解决现有技术存在因单独安装加热工具而需增加独立的控制系统，以及在渐进成形设备的主轴上同时安装成形工具和辅助加热工具所需安装空间过大的缺陷，本发明提供一种基于激光的热辅助渐进成形加工工具，同时具备加热与成形功能的渐进成形工具头，既能避免上述问题，又能有效地控制激光光斑与变形区材料间的距离，改善加热效果。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于激光的热辅助渐进成形加工工具，它包括光路单元、调节单元、气体保护单元、工具单元和安装单元，从光纤输入的激光束与工具单元同轴，经过光路单元准直、聚焦和偏折后，从工具单元一侧辐照到板料表面，对板料的变形区材料进行预热；

调节单元用于调整输出激光光斑的大小以及光斑与渐进成形工具头的相对位置，满足加热需求；

气体保护单元用于向板料表面输出保护气体，避免板料的激光加热区材料的氧化；

工具单元用于安装渐进成形工具头；

安装单元用于连接光路单元、调节单元、气体保护单元和工具单元，同时安装单元还用于连接渐进成形设备主轴，实现成形工具运动轨迹的加载。

采用上述技术方案，由光纤输入的激光束通过光路单元从安装有渐进成形工具头的工具单元一侧辐照到板料上，对变形区材料进行预热，通过提高板料可成形性来达到提高渐进成形质量目的。

进一步地，光路单元包括准直镜、聚焦镜和偏折镜，准直镜固定在盖板内，盖板上固定有光纤，聚焦镜和偏折镜均固定在透镜套筒上；

调节单元包括下套筒，下套筒上固定有透镜套筒；

气体保护单元包括上套筒和中套筒；