[发明专利]一种带筋圆锥形曲面构件激光喷丸整体成形方法

说明书

本发明提供了一种带筋圆锥形曲面构件激光喷丸整体成形方法，该方法通过激光喷丸构件的方式实现了带筋圆锥形曲面构件整体成形，具有柔性好，无接触，冲击压力大和塑性成形与成性一体化等优点。通过设置激光光斑在不同圆弧上的搭接率，以及在各个圆弧上的激光能量，规划激光喷丸成形的光斑扫描路径并进行编程，使光斑在同一圆弧上搭接率恒定，不同圆弧上搭接率按梯度变化，同时控制激光能量以改变构件的残余应力分布，促使构件产生不同圆弧曲率弯曲变形，实现带筋圆锥形曲面构件的整体成形。

技术领域

本发明属于塑性成形制造技术领域，具体涉及一种带筋圆锥形曲面构件激光喷丸整体成形方法。

背景技术

带筋圆锥形曲面构件成形是成形制造领域的关键核心技术。目前，传统工艺制造方式主要以铸造、机械铣切和挤压成形等为主。但是，上述工艺存在成形构件铸造组织不致密，机械铣切引起残余应力不平衡及挤压缩孔等问题。另外，单件、小批量生产的带筋圆锥形曲面构件，需要针对不同形状挤压件设计制造相应模具，挤压模具设计制造周期长和成本高等问题也严重限制其工程应用。

发明内容

本发明提供一种带筋圆锥形曲面构件激光喷丸整体成形方法，通过控制激光光斑的搭接方式和激光能量输入，使构件内残余应力场分布发生改变而产生不同程度弯曲变形，实现带筋圆锥形曲面构件激光喷丸成形与强化工艺一体化。

本发明提供一种带筋圆锥形曲面构件激光喷丸整体成形方法，具体步骤包括：

步骤S1：根据构件厚度与激光冲击时构件弯曲角度的情况，设置带筋环扇或扇形构件的厚度，使激光冲击的方向与构件变形弯曲的方向相反；

步骤S2：对上述构件表面进行打磨、抛光和清洗，并作干燥预处理；

步骤S3：在预处理构件表面贴上吸收保护层；

步骤S4：将贴有吸收保护层的构件整体置于机械臂工作台上，用专用夹具将其固定，并覆盖约束层；

步骤S5：设置激光喷丸成形工艺参数：包括设置激光光斑的搭接率和设置光斑的激光能量，

设置激光光斑的搭接率，在带筋环扇或扇形构件上，在平面极坐标系中计算激光光斑中心坐标，以圆弧对应的圆心为原点，以其中一条圆弧半径所在边界为极轴，对所计算的激光光斑中心坐标进行编程，以使光斑搭接方式为同一圆弧周向搭接率恒定，不同圆弧沿其径向的搭接率按半径由大到小呈梯度增加，即将带筋圆锥形曲面展开成扇形时，第i圈圆弧上激光光斑搭接率η_i＝(1-r_i/2r₁)×100％，r_i为扇形上光斑扫描路径第i圈圆弧所在的圆的半径，r₁为扇形上光斑扫描路径最外圈圆弧所在的圆的半径，r_m为扇形上光斑扫描路径最内圈圆弧所在的圆的半径，其中r₁≤r_i≤r_m；

设置光斑的激光能量，平面直角坐标系中，在带筋环扇或扇形构件上，以每个周向圆弧的中心为坐标原点，激光能量y按照公式y²＝(l_i/2)²-x²的“对称圆弧”型变化，其中，y为激光能量，l_i为第i圈的圆弧长度，x为在弧长l_i上光斑内的圆弧长度，其中，1≤i≤m，i为整数；

步骤S6：采用步骤S5中设置的工艺参数对步骤S4的带筋环扇或扇形构件进行激光喷丸整体成形：通过激光器集成系统控制机械臂的光斑扫描路径，并控制梯度激光能量的输入和搭接率，来改变所述构件的残余应力分布，使环扇或扇形形成圆锥形面工件。

可选的，所述步骤S1中，所述带筋圆锥形曲面构件的厚度为2～5mm。

可选的，所述步骤S6中的所述光斑扫描路径由大圆弧向小圆弧整体呈逆时针“S”形圆弧。