[发明专利]一种反求金属薄板单段圆弧面激光成形方法

说明书

本发明属于金属板材激光弯曲成形领域，特别涉及一种反求金属薄板单段圆弧面激光成形方法，可用于金属板材单段圆弧面或多段圆弧面结构的快速弯曲成形。本发明考虑到扫描线间距对成形圆弧面光滑性的影响，对期望成形的圆弧面，通过反求扫描线间距及每道扫描线弯曲角度完成路径规划，并改变每道扫描线上激光功率、激光离焦量、激光扫描速度及扫描次数保证每道扫描线弯曲角度一致，从而实现不同类型圆弧面的高精度激光快速弯曲成形。本发明中反求圆弧面的方法可有效指导特定圆弧面的精确快速柔性弯曲成形，在合适的小扫描线间距下，尽可能地保证圆弧面的光滑性，同时通过相似手段，可完成多段圆弧面加工。

技术领域

本发明属于金属板材激光弯曲成形领域，特别涉及一种反求金属薄板单段圆弧面激光成形方法，可用于各种单段或多段圆弧面工件的无模具柔性成形。

背景技术

预定形状及尺寸的圆弧面工件的无模具柔性加工一直是加工成形的难点。相较于传统模具加工方法，激光弯曲成形作为一种柔性、无模、无外力、非接触的快速成形技术，其易于实现自动化，易于对激光弯曲扫描路径进行柔性化设计，可实现复杂形状板材直接弯曲成形，利用激光弯曲成形技术对激光弯曲扫描路径进行规划，可以实现不同曲率半径和圆心角的单段圆弧面或多段圆弧面的无模、快速弯曲成形，适合于单件、小批量生产，能够有效降低模具制造成本。激光柔性弯曲成形圆弧面工件的反求方法能够充分发挥激光制造柔性化特征，指导实现各类圆弧面的精确加工成形，能够节约制造成本，加快零件研发速度。

文献1“Mehdi S,Hosein M Experimental and numerical investigation oflaser forming of cylindrical surfaces with arbitrary radius of curvature[J].Alexandria Engineering Journal,2016,55(3).”利用实验和模拟的手段对圆弧面成形工作进行了研究，得到板材长度、圆弧面曲率半径、扫描线道数及单道扫描线角度相互之间的关系，直接设定扫描线道数及单道扫描线角度，完成特定曲率半径的圆弧面的成形，但文中未考虑扫描线间距对成形后圆弧面的光滑性影响问题，采用的扫描线间距较大导致圆弧面光滑性效果较差，同时，在已知圆弧面弧长及曲率半径情况下，也未给出反向求解扫描道数及单道扫描弯曲角度的方法。

文献2“李滨.铜-钢层合板激光弯曲成形实验与材料特性[D].大连理工大学,2019.”以正交实验得到的最优加工参数对铜-钢层合板进行了圆弧面成形试验，通过大量试验发现扫描线间距对成形圆弧面的光滑程度有着重要影响，当扫描线间距小于1.5倍光斑直径时，得到的圆弧面较为光滑，当扫描线间距大于1.5倍光斑直径时，得到的圆弧面光滑性下降且扫描线上有明显的棱角，文中得出圆弧面曲率半径随扫描线间距增大而增大，随单道弯曲角度增大而减小，但没有推导出圆弧面曲率半径、扫描线间距及单道弯曲角度三者之间的数学关系。

发明内容

针对传统方法加工圆弧面工件弯曲成本较大，制造模具复杂，不易快速成形制造的特点，本发明提出一种反求金属薄板单段圆弧面激光成形方法。其原理特征为：基于温度梯度机理和圆弧面成形的基本条件，当相邻两道激光扫描线之间的间距越小，弯曲成形的圆弧面样件越光滑；根据已知圆弧面的曲率半径、圆心角及弧长，通过控制单道扫描弯曲角度及扫描线间距的范围，在圆弧面及扫描路径参数之间的函数关系下得到合适的整数扫描线道数；通过扫描线道数，反求计算出具体的单道扫描弯曲角度及扫描线间距；根据单道扫描弯曲角度，通过调整激光功率、激光离焦量、激光扫描速度、扫描次数使得圆弧面内的每道扫描弯曲角度一致，根据扫描线间距，控制激光器移动使金属板材逐步弯曲至期望变形，从而实现金属板材圆弧面激光柔性弯曲成形。

本发明的技术方案：

一种反求金属薄板单段圆弧面激光成形方法，步骤如下：

步骤一：首先将金属板材切割成所需要的尺寸，其一端利用夹具夹持放在激光加工的工作台上；