專(zhuān)利名稱(chēng)：一種連續(xù)彎曲的金屬板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬板材，具體的說(shuō)是一種激光彎曲成形加工得到的連續(xù)彎曲的金屬板材。
背景技術(shù)：
金屬板材的成形加工在航空、航天、汽車(chē)、船舶及民用工業(yè)中占有相當(dāng)重的比例。如板材成形零件的數(shù)量占飛機(jī)零件總數(shù)的1/2，據(jù)統(tǒng)計(jì)全世界所生產(chǎn)的材料有半數(shù)以上被加工成板材。因此，提高相應(yīng)的成形技術(shù)和制造水平是一個(gè)具有普遍意義的課題?，F(xiàn)代板材成形技術(shù)的核心問(wèn)題集中體現(xiàn)在簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、提高質(zhì)量、縮短周期、降低成本等方面。傳統(tǒng)的成形技術(shù)通常需要根據(jù)板件形狀，制造相應(yīng)的工模具，這不僅需要花費(fèi)大量的時(shí)間和資金，而且還要占用可觀的人力資源，勢(shì)必增加產(chǎn)品成本。在大型板件成形中，這些費(fèi)用更為昂貴。對(duì)于小批量的大型板材零件，尤為如此。激光彎曲成形，也稱(chēng)激光熱應(yīng)力成形，它是利用激光輻照在材料表面產(chǎn)生的熱效應(yīng)來(lái)成形的，即用高能激光束掃描金屬薄板時(shí)，在激光束輻照的區(qū)域形成了對(duì)空間和時(shí)間梯度都很大的不均勻溫度場(chǎng)，從而誘發(fā)在板材厚度方向上不平衡的應(yīng)力使板材發(fā)生變形的。其與傳統(tǒng)的借助模具完成塑性成形的方法不同，具有生產(chǎn)周期短、成本低的特點(diǎn)，同時(shí)由于其獨(dú)特的加工原理而具有柔性大，能成形在常溫下難以成形的脆性材料等優(yōu)點(diǎn)。激光彎曲成形原理見(jiàn)圖1所示，當(dāng)高度聚焦的激光束沿板料上表面掃描時(shí)(如圖1(a)所示)，被掃描部分的材料瞬間溫度急劇上升，而板料下表面在這瞬間沒(méi)有明顯的變化從而在板厚方向形成強(qiáng)烈的溫度梯度，由于加熱區(qū)域材料的熱膨脹，使材料產(chǎn)生反彎曲的塑性變形；當(dāng)激光束轉(zhuǎn)移后(如圖1(b)所示)，上表面材料溫度下降，下表面材料由于熱傳遞而溫度上升，使板厚方向上的溫度梯度急劇下降，這樣上表面材料收縮而下表面材料膨脹，而上表面已經(jīng)堆積的材料又難以復(fù)原，當(dāng)上下表面材料的溫度梯度為零時(shí)，上表面材料的金屬纖維就比下表面材料來(lái)的短，產(chǎn)生了面向受照激光掃描軌跡方向的正向彎曲。但是在加工過(guò)程中，誘導(dǎo)的熱應(yīng)力需超過(guò)材料的屈服極限，板材才能變形，因此板材需要十?dāng)?shù)次甚至上百次的往復(fù)掃描，在如此多次的加熱掃描過(guò)程中，熱積累、材料變形、性能變化等諸多因素使得控制材料的變形量變得困難，不易實(shí)現(xiàn)，特別是材料的連續(xù)彎曲變形，需要對(duì)材料實(shí)施多道次往復(fù)掃描操作，情況更為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于提供一種激光彎曲成形制備得到的連續(xù)彎曲的金屬板材。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:步驟一)，根據(jù)被處理工件實(shí)際需要加工的長(zhǎng)度確定激光掃描道次數(shù)目及每道次的往復(fù)掃描次數(shù)；步驟二)，清理被處理工件表面，并對(duì)被處理工件進(jìn)行預(yù)處理及固定；步驟三)，用計(jì)算機(jī)控制激光器以步驟一)中確定的道次數(shù)目及往復(fù)次數(shù)對(duì)被處理工件進(jìn)行掃描；步驟四)，加工完畢后待被處理工件自然冷卻后，將其從固定裝置中取出實(shí)施測(cè)量校驗(yàn)。
被處理件通常為奧氏體不銹鋼薄板(例如0Crl8Ni9)、碳素鋼薄板等；鋼板厚度通常為 0.1-0.15mm。步驟一)中，掃描道次數(shù)目的確定是用被處理工件實(shí)際需要加工的長(zhǎng)度除以道次之間的間隔得到的；道次之間的間隔優(yōu)選1.5-2_，而每道次往復(fù)掃描次數(shù)優(yōu)選10次，這是由于如此的設(shè)定將使得薄板的加工曲率基本穩(wěn)定，各道次之間的影響較小。步驟二)中，采用剛玉砂紙對(duì)被處理工件表面進(jìn)行打磨以去除異物后，并在表面進(jìn)行涂敷黑漆的預(yù)處理以期增加激光能量的吸收效果；被處理工件的固定優(yōu)選通過(guò)兩塊玻璃板將其壓在中間實(shí)現(xiàn)，以避免被處理工件在加工過(guò)程中發(fā)生彎曲或移動(dòng)等而影響下一次道次的準(zhǔn)確定位。步驟三)中，激光束斑直徑為0.1mm，功率為20-25W，掃描速度為15_20mm，這是由于在此束斑及功率下的能量密度，在此掃描速度下獲得最大的曲率，如果掃描速度過(guò)小，則局部過(guò)熱而使得前一道次激光輻照產(chǎn)生的殘余應(yīng)力有所減緩，而掃描速度過(guò)大則使得板材內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力的部分變小； 此外，道次順序采取由兩端向中心的掃描次序(如圖2中標(biāo)號(hào)順序，從①至⑥順次掃描)，即先對(duì)被處理工件的一端(稱(chēng)為第一端)最外側(cè)的道次進(jìn)行掃描，然后對(duì)另一端(稱(chēng)為第二端)最外側(cè)的道次進(jìn)行掃描，再對(duì)第一端緊鄰最外側(cè)道次的次外側(cè)道次進(jìn)行掃描，然后對(duì)第二端緊鄰最外側(cè)道次的次外側(cè)道次進(jìn)行掃描，如此順序直至被處理工件的中心道次，掃描結(jié)束，這樣安排掃描順序是為了避免道次間的相互影響而獲得穩(wěn)定的曲率。步驟四)中，掃描結(jié)束后，靜置被處理工件在室溫環(huán)境下自然冷卻，移開(kāi)固定裝置，取出被處理工件實(shí)施測(cè)量校驗(yàn)，最終完成對(duì)薄板的加工。通過(guò)上述方法步驟，即可獲得具有較大曲率且連續(xù)彎曲的金屬板。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:通過(guò)選擇激光彎曲成形方法中合適而獨(dú)特的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確控制金屬薄板的變形量并獲得連續(xù)彎曲變形的金屬薄板。


圖1是激光彎曲成形原理示意 圖2是激光彎曲成形是激光掃描道次順序示意圖。
具體實(shí)施例方式下面，通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例.
以0.15mm厚度的0Crl8Ni9不銹鋼薄板作為被處理工件，薄板長(zhǎng)25mm(實(shí)際需要加工部分約20mm)、寬5mm。道次間的間隔設(shè)定為2mm,由此計(jì)算共掃描10道次,每道次往復(fù)掃描10次。采用剛玉砂紙對(duì)被處理工件表面進(jìn)行打磨以去除異物后，在表面進(jìn)行涂敷黑漆的預(yù)處理，而后將薄板壓在兩塊玻璃板之間。設(shè)定激光束斑直徑為0.1_，功率為22W，掃描速度為18_，按照由薄板兩端向中心的掃描次序進(jìn)行。掃描結(jié)束后，靜置被處理工件在室溫環(huán)境下自然冷卻，移開(kāi)固定裝置，取出被處理工件實(shí)施測(cè)量校驗(yàn)，測(cè)得薄板的曲率約為
0.ΟδπιπΓ1,最終完成對(duì)薄板的加工。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)彎曲的金屬板材，其由以下激光彎曲成形加工步驟制備得到:步驟一)，根據(jù)被處理工件實(shí)際需要加工的長(zhǎng)度確定激光掃描道次數(shù)目及每道次的往復(fù)掃描次數(shù)；步驟二)，清理被處理工件表面，并對(duì)被處理工件進(jìn)行預(yù)處理及固定；步驟三)，用計(jì)算機(jī)控制激光器以步驟一)中確定的道次數(shù)目及往復(fù)次數(shù)對(duì)被處理工件進(jìn)行掃描；步驟四)，加工完畢后待被處理工件自然冷卻后，將其從固定裝置中取出實(shí)施測(cè)量校驗(yàn)，得到連續(xù)彎曲的金屬板材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)彎曲的金屬板材,其中，所述金屬板材為奧氏體不銹鋼薄板或碳素鋼薄板，板厚優(yōu)選0.1-0.15mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)彎曲的金屬板材，其中，步驟一)中掃描道次數(shù)目的確定是用被處理工件實(shí)際需要加工的長(zhǎng)度除以道次之間的間隔得到的；道次之間的間隔優(yōu)選1.5-2mm，而每道次往復(fù)掃描次數(shù)優(yōu)選10次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)彎曲的金屬板材，其中，步驟三)中激光束斑直徑為0.1mm，功率為20-25W，掃描速度為15_20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)彎曲的金屬板材，其中，步驟三)中道次順序采取由兩端向中心的掃描次序，即先對(duì)被處理工件的一端這里稱(chēng)為第一端的最外側(cè)的道次進(jìn)行掃描，然后對(duì)另一端這里稱(chēng)為第二端的最外側(cè)的道次進(jìn)行掃描，再對(duì)第一端緊鄰最外側(cè)道次的次外側(cè)道次進(jìn)行掃描，然后對(duì)第二端緊鄰最外側(cè)道次的次外側(cè)道次進(jìn)行掃描，如此順序直至被處理工件的中心道次，掃描結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)彎曲的金屬板材，其中，步驟二)中被處理工件的固定優(yōu)選通過(guò)兩塊玻璃板將其壓在中間實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
一種激光彎曲成形制備得到的連續(xù)彎曲的金屬板材，其是通過(guò)選擇激光彎曲成形方法中合適而獨(dú)特的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確控制金屬薄板的變形量并獲得連續(xù)彎曲變形的金屬薄板，其中道次之間的間隔優(yōu)選1.5-2mm，而每道次往復(fù)掃描次數(shù)優(yōu)選10次，激光束斑直徑為0.1mm，功率為20-25W，掃描速度為15-20mm，最終得到薄板的曲率約為0.05mm-1。
文檔編號(hào)B21D5/00GK103111496SQ201210595099
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者胡競(jìng)之 申請(qǐng)人:寧波市瑞通新材料科技有限公司