CN101204756A - 一种热力结合的金属板材激光成形方法 - Google Patents
一种热力结合的金属板材激光成形方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101204756A CN101204756A CN 200710115874 CN200710115874A CN101204756A CN 101204756 A CN101204756 A CN 101204756A CN 200710115874 CN200710115874 CN 200710115874 CN 200710115874 A CN200710115874 A CN 200710115874A CN 101204756 A CN101204756 A CN 101204756A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- forming
- pressure
- sheet
- plank
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
本发明为一种热力结合的金属板材激光成形方法。工件置于三维数控平台上,一端固定,连续激光束以一定的扫描速度沿给定的运动轨迹加热金属板材表面,在激光束后约1~3个光斑直径的距离处施加压力。由于在热态条件下板材的弹性模量和屈服极限大大下降,激光束对工件局部加热诱发的不均匀热应力与压应力相结合使板材产生较大的塑性变形量,从而提高板材的成形效率。该方法不仅适于常规金属材料,而且也可应用于高硬脆难变形材料的成形,在航空航天、微电子和船舶制造领域有着较大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种热力结合的金属板材激光成形方法,特别涉及板材成形领域,适合于金属板材无模快速成形或板材矫形。
技术背景
金属板材激光热成形是一种柔性无模局部热成形技术,它利用激光束对工件局部加热诱发不均匀热应力,如果加热的不均匀性足以使其引起的热应力超过材料相应温度下的屈服极限,则会使板材产生塑性变形,从而实现所需要的目标形状。激光热成形为无模成形,且无需外力,因而生产周期短、柔性大,适合于小批量零件生产;由于不受模具限制,可成形各类异构件;激光热成形属于热态积累成形,能够成形高硬度和脆性材料。由于具有以上优点,该技术在船舶制造领域已有广泛的应用,在航空航天和微电子领域也有初步的应用。然而,由于金属板材的变形主要依赖于热应力超过屈服极限时产生的塑性变形,激光每次扫描产生的变形量较小,为了获得需要的目标型面,需要进行多次激光扫描,这大大影响了金属板材的加工效率。
发明内容
为了克服金属板材激光热成形单次扫描变形量小的问题,本发明提供一种热力结合的金属板材激光成形方法,该方法可以实现激光热成形加工中金属板材的大变形,提高板材的成形或矫形效率。
本发明任务解决其技术问题所采用的技术方案是:金属板材置于三维数控平台上,一端固定,连续激光束以一定的扫描速度沿给定的运动轨迹加热金属板材表面,在激光束后约1~3个光斑直径的距离处施加压力。对于较厚的金属板材用机械的方式进行压力施加,对于较薄的金属板材,可用高压气流进行压力施加。在激光热成形中,激光束后约1~3个光斑直径的距离处板材已有反向弯曲转变为正向弯曲,上表面材料温度降低而下表面温度仍要继续升高一段时间,下表面热膨胀量继续增加,且温度仍然很高(约在450℃左右),该温度条件下金属板材屈服强度大大下降而易于变形,因此在较小压力下板材可获得较大的塑性变形。激光束对工件局部加热诱发的不均匀热应力与压应力相结合,以提高金属板材的成形效率。为了求出每次扫描所需要的加工工艺参数,建立压力大小、光斑直径、激光功率和扫描速度与板材变形基本关系数据库。根据数据库和板材变形量要求,可以反求出所需要的加工工艺参数。
与常规的金属板材热成形相比,试验结果表明该方法单次激光扫描的变形量可提高十倍以上,大大提高金属板材的成形效率。由于在高温下进行板材成形,该方法不仅适于常规金属材料,而且也可应用于高硬脆难变形材料的成形,在航空航天、微电子和船舶制造领域有着较大的应用前景。
附图说明
图1热力结合金属板材激光成形装置示意图
图2热力结合金属板材激光成形过程示意图
1控制***,2CO2激光器,3反射镜,4聚焦镜,5激光束,6成形工件,7三维数控台,8夹具,9压力输出***
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式加以说明。热力结合金属板材激光成形装置由控制***1、CO2激光器2、反射镜3、聚焦镜4、压力输出***9、夹具8、三维数控台7和成形工件6组成,如图1所示。
首先,为了防止金属板材表面油垢影响传热,所有板材均用丙酮进行清洗。由于选用的CO2激光器产生的激光波长为10.6μm,低碳钢对其的吸收率很低,为了提高激光的吸收系数,在金属表面均匀涂上一层涂层,进行黑化处理。然后,长为L、宽为W、厚为H的工件置于三维数控台7上,用夹具8固定成形工件6的一端,激光束5和压力施加装置9位置固定不变,依靠工件的移动使连续激光束5以一定的扫描速度v沿给定的运动轨迹b加热金属板材表面,在激光束后距离激光束中心d处施加压力F,如图2所示。对于较厚的板材用机械的方式进行压力施加,d约为1~3个光斑直径的距离,对于较薄的板材可用高压气流进行压力施加,d为零。在激光扫描过程中,被扫描部位依次经历加热与冷却两个换热过程,通过自然冷却、强制对流空冷或强制对流水冷对加热区域进行冷却。
激光束对工件局部加热诱发的不均匀热应力与压应力相结合,从而实现增大板材变形量提高成形效率的目的。在实际的工业应用中,通过改变施加压力大小、光斑直径、激光功率和扫描速度来调整板材变形量的大小。针对给定的变形要求,板材变形通常用板材弯曲角或残余平面应变和弯曲应变描述,需要先建立压力大小、光斑直径、激光功率和扫描速度与板材弯曲角或残余平面应变和弯曲应变基本关系数据库。根据数据库和板材变形量要求,可以反求出所需要的加工工艺参数,从而实现任意复杂曲面板材的快速无模成形。
Claims (6)
1.一种热力结合的金属板材激光成形方法,成形工件(6)置于三维数控台(7)上,一端固定,连续激光束(5)以一定的扫描速度沿给定的扫描路径加热金属板材表面,其特征是在激光束(5)后约1~3个光斑直径的距离处施加压力,激光束(5)对成形工件(6)局部加热诱发的不均匀热应力与压应力相结合使板材产生塑性变形,以提高金属板材的成形效率。
2.根据权利要求1所述的方法,热力结合金属板材激光成形装置出控制***(1)、CO2激光器(2)、反射镜(3)、聚焦镜(4)、压力施加装置(9)、夹具(8)、三维数控台(7)和成形工件(6)组成。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于激光束(5)和压力施加装置(9)位置不变,成形工件(6)固定于三维数控台(7)上按照给定的扫描路径进行加热。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征是对于较厚的板材用机械的方式进行压力施加,对于较薄的板材,可用高压气流进行压力施加。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于通过改变施加压力大小、光斑直径、激光功率和扫描速度来调整板材变形量的大小。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于通过建立压力大小、光斑直径、激光功率和扫描速度与板材变形基本关系数据库,根据数据库和板材变形量要求,反求出所需要的加工工艺参数。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 200710115874 CN101204756A (zh) | 2007-12-18 | 2007-12-18 | 一种热力结合的金属板材激光成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 200710115874 CN101204756A (zh) | 2007-12-18 | 2007-12-18 | 一种热力结合的金属板材激光成形方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101204756A true CN101204756A (zh) | 2008-06-25 |
Family
ID=39565350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 200710115874 Pending CN101204756A (zh) | 2007-12-18 | 2007-12-18 | 一种热力结合的金属板材激光成形方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101204756A (zh) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102131614A (zh) * | 2008-07-30 | 2011-07-20 | Ipg光子公司 | 带光纤激光器的激光焊接工具 |
CN101559539B (zh) * | 2009-05-19 | 2011-12-21 | 中国石油大学(华东) | 金属板材激光高精度热弯曲成形 |
CN102837124A (zh) * | 2011-06-23 | 2012-12-26 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种激光辅助加热的金属带材切割方法 |
CN103302399A (zh) * | 2013-06-03 | 2013-09-18 | 江苏大学 | 一种基于高能脉冲激光力效应的微平整装置及其方法 |
CN103862165A (zh) * | 2014-03-21 | 2014-06-18 | 大连理工大学 | 一种金属层合板激光协调弯曲的方法 |
CN105033513A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-11-11 | 大连理工大学 | 一种焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法 |
CN106001946A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-10-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种轻量化结构板的激光成形方法 |
CN106077251A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-11-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种交叉筋整体壁板的激光诱导自由成形方法及装置 |
CN109262376A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-01-25 | 四川联合晶体新材料有限公司 | 一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法 |
CN109513931A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-03-26 | 福州大学 | 一种增材制造残余热应力及其诱导变形的控制方法 |
CN109676018A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-04-26 | 北京理工大学 | 一种高强钢激光辅助增量成型技术 |
CN111438435A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-07-24 | 沈阳飞机工业(集团)有限公司 | 静止轴肩辅助搅拌摩擦胶焊方法 |
CN111822554A (zh) * | 2019-04-18 | 2020-10-27 | 中国石油大学(华东) | 预压力辅助高频感应热成形新工艺 |
CN111842554A (zh) * | 2019-04-18 | 2020-10-30 | 中国石油大学(华东) | 预压力激光弯曲低温热成形技术 |
CN114309260A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-12 | 大连理工大学 | 一种提高纤维金属层板单曲面激光弯曲成形精度的方法 |
CN114515770A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-20 | 西安理工大学 | 剖分式圆弧滚动导轨轨道变形的激光残余热变形校正方法 |
-
2007
- 2007-12-18 CN CN 200710115874 patent/CN101204756A/zh active Pending
Cited By (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102131614A (zh) * | 2008-07-30 | 2011-07-20 | Ipg光子公司 | 带光纤激光器的激光焊接工具 |
US8766136B2 (en) | 2008-07-30 | 2014-07-01 | Ipg Photonics Corporation | Laser welding tool |
CN102131614B (zh) * | 2008-07-30 | 2014-07-23 | Ipg光子公司 | 带光纤激光器的激光焊接工具 |
CN101559539B (zh) * | 2009-05-19 | 2011-12-21 | 中国石油大学(华东) | 金属板材激光高精度热弯曲成形 |
CN102837124A (zh) * | 2011-06-23 | 2012-12-26 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种激光辅助加热的金属带材切割方法 |
CN102837124B (zh) * | 2011-06-23 | 2014-08-20 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种激光辅助加热的金属带材切割方法 |
CN103302399A (zh) * | 2013-06-03 | 2013-09-18 | 江苏大学 | 一种基于高能脉冲激光力效应的微平整装置及其方法 |
CN103302399B (zh) * | 2013-06-03 | 2015-10-28 | 江苏大学 | 一种基于高能脉冲激光力效应的微平整装置及其方法 |
CN103862165A (zh) * | 2014-03-21 | 2014-06-18 | 大连理工大学 | 一种金属层合板激光协调弯曲的方法 |
CN103862165B (zh) * | 2014-03-21 | 2015-08-19 | 大连理工大学 | 一种金属层合板激光协调弯曲的方法 |
CN105033513A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-11-11 | 大连理工大学 | 一种焊接技术局部改性的辅助冲压成形方法 |
CN106077251A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-11-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种交叉筋整体壁板的激光诱导自由成形方法及装置 |
CN106001946A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-10-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种轻量化结构板的激光成形方法 |
CN106077251B (zh) * | 2016-06-27 | 2017-09-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种交叉筋整体壁板的激光诱导自由成形方法及装置 |
CN109262376A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-01-25 | 四川联合晶体新材料有限公司 | 一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法 |
CN109262376B (zh) * | 2018-10-19 | 2024-02-27 | 四川联合晶体新材料有限公司 | 一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法 |
CN109513931A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-03-26 | 福州大学 | 一种增材制造残余热应力及其诱导变形的控制方法 |
CN109676018A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-04-26 | 北京理工大学 | 一种高强钢激光辅助增量成型技术 |
CN111822554A (zh) * | 2019-04-18 | 2020-10-27 | 中国石油大学(华东) | 预压力辅助高频感应热成形新工艺 |
CN111842554A (zh) * | 2019-04-18 | 2020-10-30 | 中国石油大学(华东) | 预压力激光弯曲低温热成形技术 |
CN111438435B (zh) * | 2020-05-15 | 2021-08-27 | 沈阳飞机工业(集团)有限公司 | 静止轴肩辅助搅拌摩擦胶焊方法 |
CN111438435A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-07-24 | 沈阳飞机工业(集团)有限公司 | 静止轴肩辅助搅拌摩擦胶焊方法 |
CN114309260A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-12 | 大连理工大学 | 一种提高纤维金属层板单曲面激光弯曲成形精度的方法 |
CN114309260B (zh) * | 2021-12-22 | 2022-08-30 | 大连理工大学 | 一种提高纤维金属层板单曲面激光弯曲成形精度的方法 |
CN114515770A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-20 | 西安理工大学 | 剖分式圆弧滚动导轨轨道变形的激光残余热变形校正方法 |
CN114515770B (zh) * | 2022-02-21 | 2024-04-19 | 西安理工大学 | 剖分式圆弧滚动导轨轨道变形的激光残余热变形校正方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101204756A (zh) | 一种热力结合的金属板材激光成形方法 | |
CN101559539B (zh) | 金属板材激光高精度热弯曲成形 | |
CN100418659C (zh) | 一种板材成形的方法和装置 | |
Hu et al. | Computer simulation and experimental investigation of sheet metal bending using laser beam scanning | |
Dearden et al. | Some recent developments in two-and three-dimensional laser forming for ‘macro’and ‘micro’applications | |
JP4176968B2 (ja) | レーザ曲げ加工方法及びレーザ曲げ加工装置 | |
CN101332536B (zh) | 薄壁管的激光弯曲成形方法 | |
Edwardson et al. | Geometrical influences on multi-pass laser forming | |
CN101468875A (zh) | 脆性非金属基材及其切割方法 | |
CN108411301A (zh) | 激光熔覆方法、实现该方法的激光头、激光器及熔覆*** | |
CN101804508A (zh) | 用于激光弯曲成形精度控制的阶梯型变速度扫描方法 | |
CN110314980B (zh) | 一种金属薄板的线型光斑激光弯曲成形方法 | |
CN201151190Y (zh) | 用激光焊接热塑性塑料件的装置 | |
CN207756917U (zh) | 金属粉末激光熔融增材制造装置 | |
CN101486255B (zh) | 用激光焊接热塑性塑料件的装置 | |
CN103302399B (zh) | 一种基于高能脉冲激光力效应的微平整装置及其方法 | |
CN101332537A (zh) | 板材激光冲击与热应力复合成形方法及装置 | |
CN101134263A (zh) | 激光加工方法及相应的激光加工装置 | |
CN111097817A (zh) | 一种激光辅助加热板材折弯装置及方法 | |
CN109530698A (zh) | 基于高温纤维支撑的激光增材制造装置及方法 | |
CN102423875A (zh) | 基于激光辅助加热的超高压水射流板材渐进加工喷头及其应用 | |
US7231798B2 (en) | System and method for tube bending | |
JP3295109B2 (ja) | 曲げ加工装置 | |
WO2004050292A1 (ja) | 曲げ加工用レーザ照射装置及びレーザ照射方法 | |
JPS6293028A (ja) | レ−ザによる板材の曲げ加工方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080625 |