专利名称：一种泡沫铝夹芯板的弯曲成形方法
技术领域：
本发明涉及一种材料成形方法，具体涉及一种用于泡沫铝夹芯板的弯曲成形方法。
背景技术：
泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征。泡沫铝具有优异的物理性能、化学性能和力学性能以及可回收性，使其在当今的材料领域具有广阔的应用前景，是很有开发前途的工程材料。泡沫铝夹芯板(AFS)是在泡沫铝的两侧表面复合金属面板所构成的一种板材，在汽车工业、车床业、航空航天、轮船、轨道运输业以及建筑业都有非常广阔的应用前景。但 是，目前能直接制备出来的都是泡沫铝夹芯板的板材，而在一些应用场合中，无论是采用简 单形状还是复杂形状的泡沫铝结构，都不能直接使用板材，需要通过成形来满足应用需求。传统的成形均采用冲压加工成形，而冲压成形不仅需要考虑板面金属和泡沫铝之间大变形时不同的屈服特征、泡孔结构变化对结构件物理性能的影响，使AFS板材冲压成形变得非常复杂，极易产生成形缺陷。因此急需一种成形方法来满足泡沫铝夹芯板的应用需求。激光弯曲成形是通过激光辐照特定区域和路径产生非均匀加热诱发热应力而导致弯曲进行成形的一种新工艺，它不需要模具和外力。虽然这种工艺成形过程是渐进成形的，但在局部也能形成复杂的形状。因此，近几年激光弯曲成形受到广泛的关注。激光弯曲成形后不产生反弹，且激光能量精确可控，故可进行精确的激光弯曲成形，特别适用于冷加工难以成形的硬且脆，或刚性大的金属材料。例如，中国发明专利CA101332536A公开了一种薄壁管的激光弯曲成形方法，将两束激光作用于薄壁管上，其中第一激光束用于薄壁管的加热，使薄壁管软化，并在管壁厚度方向产生热应力，使管产生弯曲变形；另一激光束在管材表面形成等离子体，并通过等离子体爆炸产生的冲击作用，将薄壁管进一步弯曲。该方法能够实现对薄壁管的弯曲成形，但是，一方面，该方法需要使用两束激光束，加工装置比较复杂；另一方面，泡沫铝夹芯板与薄壁管不同，不是空心结构，该方法也不能用于泡沫铝夹芯板的弯曲成形；再一方面，泡沫铝夹芯板的表面通常反光性能较强，且易于氧化，不利于此专利中的激光弯曲成形。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种可控的、不会对泡沫铝夹芯板的结构造成破坏的泡沫铝夹芯板弯曲成形方法。为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是一种泡沫铝夹芯板的弯曲成形方法，包括下列步骤
(1)在泡沫铝夹芯板的面板表面复合一层吸光剂；
(2)在泡沫招夹芯板的表面标注一加工直线；
(3)使用激光器沿着泡沫铝夹芯板表面的加工直线进行照射，多次辐照累积加热使得泡沫铝夹芯板整体产生热应力，使得泡沫铝夹芯板产生背向激光束的微量弯曲变形，进行照射时的扫描速率为8 20毫米/秒；
(4)重复步骤(3)直至达到弯曲要求。上述技术方案中，所述吸光剂选自黑漆、油性贴膜、金属涂层或金属镀膜。优选的技术方案，所述吸光剂为主要成分是Al2O3的金属涂层或金属镀膜。因为泡沫铝夹芯板的面板通常为铝板，芯部为保温性很好的泡沫铝，故选用一种主要成分为Al2O3的金属涂层和金属镀膜作为吸光剂，能够使得吸光剂与面板有较好的结合，并且不影响处理后的泡沫铝夹芯板的性能。 优选地，步骤(3)在氮气气氛下进行。步骤(3)中使用的激光器为CO2激光器。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点
I、本发明属于无模、无外力成形，通过优化工艺参数、精确控制热作用区及区内的温度分布，控制冲击力以及冲击区域，就能获得合理变形，具有高的生产柔性，能够成形任意的弯曲件、异型件和其它复杂的三维曲面等零件。2、本发明属于温热态的累积成形，能够成形常温常态下的一些难变形材料。如泡沫铝裸板、泡沫铝夹芯板。3、本发明通过在泡沫铝夹芯板的面板表面复合一层吸光剂，解决了由于泡沫铝夹芯板的面板反光性能过强导致的激光加工困难问题。4、本发明通过选择合适的扫描速率，使得弯曲主要由板的整体产生热应力造成，由于热应力和冲击力造成的弯曲方向相反，通过对两者的控制易于实现对弯曲程度的控制，同时避免了主要利用冲击力进行弯曲需要激光的功率密度达到一定阈值而导致的问题。5、利用氮气保护，可以避免在加工过程中金属面板的氧化问题。
图I是本发明实施例中采用的装置示意 图2是弯曲后的状态示意图。其中1、激光束；2、泡沫铝夹芯板；3、夹头；4、工作台；5、扫描方向；6、保护气导管。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
实施例一参见图I所示，图中给出了本实施例采用的装置示意图，该加工装置包括工作台4和位于工作台上的夹头3，泡沫铝夹芯板被夹头夹持，其上表面画有加工直线，激光束I和保护气导管6同步沿扫描方向5运动，或者，夹头带动泡沫铝夹芯板运动。保护气导管6内喷射氮气。对80 X 20 X IOmm的孔隙率为80%的泡沫铝夹芯板进行CO2激光扫描，扫描线位置在板材中心，长度为20mm，激光功率为150W，扫描10次，扫描速率8mm/s。其操作步骤如下
(I)利用黑色手喷漆喷涂在扫描区域，并利用夹具进行单边夹持。(2)扫描速度8mm/s匀速扫描，通过激光数控加工系统，实现激光弯曲。(3)等完全自然冷却后，利用激光位移传感器对变形角度进行测量。本实施例加工后，板材的弯曲角为4度，如附图2所示。实施例二 采用实施例一同样的装置，对80 X 20 X IOmm的孔隙率为85%的泡沫铝夹芯板进行CO2激光扫描，扫描线位置在板材中心，长度为20mm，激光功率为150W扫描15次，扫描速率8mm/s。其操作步骤如下(1)利用黑色手喷漆喷涂在扫描区域，并利用夹具进行单边夹持。(2)扫描速度8mm/S匀速扫描，通过激光数控加工系统，实现激光弯曲。(3)等完全自然冷却后，利用激光位移传感器对变形角度进行测量。本实施例加工后，板材的弯曲角为6度。 通过增加扫描次数，可以增加板材的弯曲角。
权利要求
1.一种泡沫铝夹芯板的弯曲成形方法，其特征在于，包括下列步骤 (1)在泡沫铝夹芯板的面板表面复合一层吸光剂； (2)在泡沫招夹芯板的表面标注一加工直线； (3)使用激光器沿着泡沫铝夹芯板表面的加工直线进行照射，多次辐照累积加热使得泡沫铝夹芯板整体产生热应力，使得泡沫铝夹芯板产生背向激光束的微量弯曲变形，进行照射时的扫描速率为8 20毫米/秒； (4)重复步骤(3)直至达到弯曲要求。
2.根据权利要求I所述的泡沫铝夹芯板的弯曲成形方法，其特征在于所述吸光剂选自黑漆、油性贴膜、金属涂层或金属镀膜。
3.根据权利要求2所述的泡沫铝夹芯板的弯曲成形方法，其特征在于所述吸光剂为主要成分是Al2O3的金属涂层或金属镀膜。
4.根据权利要求I所述的泡沫铝夹芯板的弯曲成形方法，其特征在于步骤(3)在氮气气氛下进行。
5.根据权利要求I所述的泡沫铝夹芯板的弯曲成形方法，其特征在于步骤(3)中使用的激光器为CO2激光器。
全文摘要
本发明公开了一种泡沫铝夹芯板的弯曲成形方法，其特征在于，包括下列步骤(1)在泡沫铝夹芯板的面板表面复合一层吸光剂；(2)在泡沫铝夹芯板的表面标注一加工直线；(3)使用激光器沿着泡沫铝夹芯板表面的加工直线进行照射，多次辐照累积加热使得泡沫铝夹芯板整体产生热应力，使得泡沫铝夹芯板产生背向激光束的微量弯曲变形，进行照射时的扫描速率为3～8毫米/秒；(4)重复步骤(3)直至达到弯曲要求。本发明能够成形任意的弯曲件、异型件和其它复杂的三维曲面等零件，成形精度较高、生产周期短，柔性大，对泡沫铝夹芯板的进一步应用提供了广阔的应用基础。
文档编号B23K26/12GK102873152SQ20121036832
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者张敏, 陈长军 申请人:苏州大学