一种校正结构板激光成形后整体扭曲的方法与流程

本发明涉及板材加工领域，具体涉及一种校正结构板激光成形后整体扭曲的方法。

背景技术：

板材成形技术在现代航空、航天、船舶、汽车等工业中应用非常广泛，板材件占有比例很大，因此需要对金属板材成形技术进行深入研究，掌握其成形机理并提高成形精度，以便更好的应用于实践；在这方面许多学者进行了相关的研究，取得了许多研究成果。激光板材成形技术是利用激光束照射金属板材表面，在金属板材厚度方向产生强烈的温度梯度，诱发不均匀热应力，进而在板材横截面处产生弯矩作用于板材，同时板材加热区域产生塑性变形，最终将板材弯曲成形的技术。

与传统的板材机械成形、时效成形等板材成形技术相比，激光板材成形技术无需模具、无需外力，因而生产周期短、柔性大，特别适合小批量零件的生产；由于不受模具限制，可成形各类异构件；激光板材成形技术属于热态积累成形，能够成形高硬度和脆性材料，像钛镍合金、陶瓷、铸铁等；借助形状测量仪和红外测温仪，可在数控加工机上进行全过程闭环控制，以提高成形精度；激光板材成形技术为非接触成形，变形时无外力作用，因而回弹较小，成形精度较高；在板材中有一种板材叫轻量化结构板，轻量化结构板是航空航天、汽车、轨道交通等领域较为常用的结构板材，这种板材主要由整块板坯加工而成的。鉴于这种结构元件的整体性，可以实现零件的等强度设计，提高结构效率和减轻结构重量。因此，轻量化结构板在航天器薄壁结构中具有广阔的应用前景，在现代飞机、运载火箭、空间飞行器等结构中，广泛采用这种结构。轻量化结构板的成形主要依赖于传统的机械成形、时效成形等，这种板材在传统的机械成形方式下加强筋容易断裂失效，加之成形后的回弹现象，成形效率较低，而时效成形周期较长、效率低，因此随着这种板材应用范围的日益增大，亟需一种快速成形技术以应对工业中的需求，而激光板材成形技术以其成形柔性大的特点，不失为一种很好的选择。

采用激光板材成形技术对轻量化结构板进行成形不同于普通平板的激光成形，需要综合考虑轻量化结构板的结构特点，由于这种板材复杂的结构，在轻量化结构板激光成形后容易出现板材整体扭曲变形的现象，造成板材无法继续成形，因此，针对轻量化结构板激光成形后的整体扭曲变形现象，急需提供一种校正方法，来校正在激光成形后出现整体扭曲变形现象的轻量化结构板，进而保证轻量化结构板的后续持续成形工艺。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现要素：

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种校正结构板激光成形后整体扭曲的方法，校正轻量化结构板材激光成形后整体扭曲现象的方法，具体实施步骤如下：

步骤1：将整体扭曲的轻量化结构板用夹具固定在工作台上，采用与轻量化结构板激光成形之前相同的固定方式；

步骤2：采用支撑装置支撑住整体扭曲变形的轻量化结构板扭曲端部的两端；并初步校正板材；

步骤3：测量校正后的轻量化结构板扫描线不同部位的变形量；

步骤4：根据测量结果对轻量化结构板的变形进行分类：(1)板材扫描线中部加强筋的弯曲变形量大于板材扫描线两端加强筋的弯曲变形量；(2)板材扫描线中部加强筋较板材扫描线两端加强筋的弯曲角度小；并根据分类情况，执行步骤5或步骤6；

步骤5：若采用支撑装置初步校正后，板材扫描线中部加强筋的弯曲变形量大于板材扫描线两端加强筋的弯曲变形量，属于步骤4中的分类(1)，则在板材相应扫描位置两端蒙皮部位采用校正式激光扫描使得板材扫描线不同位置加强筋的弯曲角度相同，并采取边测量边校正的策略，至板材端部与端部初始位置相比未发生相对扭转变形时停止校正；

步骤6：若采用支撑装置初步校正后，板材扫描线中部加强筋较板材扫描线两端加强筋的弯曲角度小，属于步骤4中的分类(2)，则在板材相应扫描位置中部蒙皮及中部加强筋部位采用校正式激光扫描，使得板材扫描线不同位置加强筋的弯曲角度相同，并采取边测量边校正的策略，至板材端部与端部初始位置相比未发生相对扭转变形时停止校正。

较佳的，步骤4中，测量校正后的轻量化结构板扫描线不同部位的变形量，测量方式可以采用三维扫描仪、激光位移计等设备进行。

较佳的，所述两端蒙皮的厚度大于所述中部加强筋两侧蒙皮的厚度。

较佳的，在进行步骤1之前，在整体扭曲的轻量化结构板表面涂覆石墨，以提高激光吸收率。

较佳的，步骤1将表面涂覆石墨的整体扭曲的轻量化结构板用夹具固定在工作台上，采用与轻量化结构板激光成形之前相同的固定方式，并保持涂覆石墨一侧向上。

较佳的，所述校正式激光扫描与结构板进行激光成形时采用的扫描形式相比，采用多次扫描或增大激光功率或减小光斑尺寸或减小扫描速度的方式进行。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1、针对轻量化结构板激光成形后的整体扭曲变形现象，提供一种校正方法，来校正在激光成形后出现整体扭曲变形现象的轻量化结构板，进而保证轻量化结构板的后续持续成形工艺，提高了轻量化结构板激光成形的有效性及成品率；2、本方法针对轻量化结构板在激光成形后板材出现的整体扭曲现象，采用支撑装置将整体扭曲后的板材校正，根据板材扫描线不同位置的变形情况，采取不同的校正措施，最终将板材校正，策略合理，条理清晰，分块化、像素化处理出现整体扭曲变形现象的轻量化结构板，从而更精细的实现对整体扭曲后的板材校正。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1a是本发明结构板激光成形前的示意图；

图1b是本发明结构板激光成形后的示意图；

图1c是本发明结构板的剖面示意图；

图2是本发明校正结构板激光成形后整体扭曲方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本发明在于提供一种校正结构板激光成形后整体扭曲的方法，主要是为了纠正轻量化结构板材激光成形后出现的整体扭曲现象。如图1a、图1b所示，在对轻量化结构板进行激光成形时，主要基于温度梯度机理，此时所述轻量化结构板1最终产生向激光器20发出的激光束21照射过来的方向弯曲变形。结合图1c所示，但是由于轻量化结构板其截面结构复杂，在利用激光板材成形技术对轻量化结构板进行激光成形后，如果成形参数使用不恰当的话会出现板材整体扭曲的现象，即板材激光成形后发生整体扭转效应，轻量化结构板这种整体扭曲变形是指所述轻量化结构板在一定的成形参数及扫描策略激光成形后，所述轻量化结构板整体绕垂直于扫描线方向发生了一定角度的扭转。

针对轻量化结构板激光成形后出现的整体扭曲变形现象，利用支撑装置将整体扭曲变形的所述轻量化结构板校正后，对校正后的所述轻量化结构板的变形量进行测量，测量所述轻量化结构板在扫描线路径上不同位置的弯曲角度，根据不同位置加强筋部位的变形量大小情况，确定所述轻量化结构板后续校正措施：若所述轻量化结构板中部加强筋14较扫描线两端加强筋13的弯曲角度大，则在所述轻量化结构板相应扫描线两端加强筋部位及两端蒙皮11部位采用校正式激光扫描；若所述轻量化结构板中部加强筋14较所述轻量化结构板扫描线两端加强筋13的弯曲角度小，则在所述轻量化结构板相应扫描位置中部加强筋部位及中部加强筋两侧蒙皮12部位采用校正式激光扫描；对经过所述校正式激光扫描后的所述轻量化结构板的变形量进行测量，根据测量结果，选择是否继续进行校正操作，直至所述轻量化结构板端部与未经扫描端部初始位置相比未发生相对扭转变形时停止校正；此时去除支撑装置后板材不再出现整体扭曲变形，从而将轻量化结构板成形为一定的弯曲角度。本发明为轻量化结构板激光成形后的奇异变形提供了有效的校正方法，提高了轻量化结构板激光成形的有效性及成品率。

所述校正式激光扫描可以采用多次扫描或增大激光功率或减小光斑尺寸或减小扫描速度等方式进行。

实施例一

如上述所述的校正轻量化结构板整体扭曲变形的方法，本实施例与其不同之处在于，如图2所示，校正轻量化结构板材激光成形后整体扭曲现象的方法，具体实施步骤如下：

步骤1：将整体扭曲的轻量化结构板用夹具固定在工作台上，采用与轻量化结构板激光成形之前相同的固定方式；

步骤2：采用支撑装置支撑住整体扭曲变形的轻量化结构板扭曲端部的两端；并初步校正板材；

步骤3：测量校正后的轻量化结构板扫描线不同部位的变形量；

步骤4：根据测量结果对轻量化结构板的变形进行分类：(1)板材扫描线中部加强筋的弯曲变形量大于板材扫描线两端加强筋的弯曲变形量；(2)板材扫描线中部加强筋较板材扫描线两端加强筋的弯曲角度小；并根据分类情况，执行步骤5或步骤6；

步骤5：若采用支撑装置初步校正后，板材扫描线中部加强筋的弯曲变形量大于板材扫描线两端加强筋的弯曲变形量，属于步骤4中的分类(1)，则在板材相应扫描位置两端蒙皮部位采用校正式激光扫描使得板材扫描线不同位置加强筋的弯曲角度相同，并采取边测量边校正的策略，至板材端部与端部初始位置相比未发生相对扭转变形时停止校正；

步骤6：若采用支撑装置初步校正后，板材扫描线中部加强筋较板材扫描线两端加强筋的弯曲角度小，属于步骤4中的分类(2)，则在板材相应扫描位置中部蒙皮及中部加强筋部位采用校正式激光扫描，使得板材扫描线不同位置加强筋的弯曲角度相同，并采取边测量边校正的策略，至板材端部与端部初始位置相比未发生相对扭转变形时停止校正。

本发明采用支撑装置校正整体扭曲的轻量化结构板，通过测量板材扫描线不同位置的变形量，确定后续的校正措施，并最终将整体扭曲的轻量化结构板校正，保证了轻量化结构板后续激光成形工艺的进行。

实施例二

如上述所述的校正轻量化结构板整体扭曲变形的方法，本实施例与其不同之处在于，步骤4中，测量校正后的轻量化结构板扫描线不同部位的变形量，测量方式可以采用三维扫描仪、激光位移计等设备进行。

实施例三

如上述所述的校正轻量化结构板整体扭曲变形的方法，本实施例与其不同之处在于，对整体尺寸为696mm×400mm的轻量化结构进行了成形实验，板材表面涂覆石墨，采用的成形参数为：激光功率1100W、扫描速度20mm/s、光斑直径12mm，分别在距离板材自由端90mm、126mm、162mm的网格单元区域采用匀速恒功率恒光斑尺寸的扫描策略在每个扫描位置分别连续扫描了五次，扫描后轻量化结构板产生了整体扭曲现象，采取支撑装置将整体扭曲的板材校正后，对板材的变形情况进行测量，测量装置采用加拿大CREAFORM手持式三维扫描仪进行，根据测量结果，扫描位置中部加强筋的弯曲变形量大于扫描位置两侧加强筋的弯曲变形量，因此采取在扫描线两端5mm厚板材部位对板材进行多次扫描，每两次扫描之间板材冷却室温，采取的成形参数保持不变，当在每个位置扫描24次时，板材的整体扭曲现象消失。

实施例四

如上述所述的减小板材边缘效应的方法，本实施例与其不同之处在于，若所述轻量化结构板中部加强筋较扫描线两端加强筋的弯曲角度大，则在所述轻量化结构板相应扫描线两端加强筋部位及两端蒙皮部位采用校正式激光扫描；若所述轻量化结构板中部加强筋较所述轻量化结构板扫描线两端加强筋的弯曲角度小，则在所述轻量化结构板相应扫描位置中部加强筋部位及中部加强筋两侧蒙皮部位采用校正式激光扫描。所述两端蒙皮11的厚度大于所述中部加强筋两侧蒙皮12的厚度。

实施例五

如上述所述的减小板材边缘效应的方法，本实施例与其不同之处在于，在进行步骤1之前，在整体扭曲的轻量化结构板表面涂覆石墨，以提高激光吸收率；将表面涂覆石墨的整体扭曲的轻量化结构板用夹具固定在工作台上，采用与轻量化结构板激光成形之前相同的固定方式，并保持涂覆石墨一侧向上。

实施例六

如上述所述的减小板材边缘效应的方法，本实施例与其不同之处在于，所述校正式激光扫描与结构板进行激光成形时采用的扫描形式相比，采用多次扫描或增大激光功率或减小光斑尺寸或减小扫描速度的方式进行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。