一种减小板材边缘效应的方法与流程

本发明涉及板材加工领域，具体涉及一种减小板材边缘效应的方法。

背景技术：

金属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；激光热成形属于热态积累成形，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；激光热成形为非接触成形，变形时无外力作用，因而回弹较小，成形精度较高；在成形过程中，单次扫描变形量较小，成形时不易产生皱曲，特别适合于单件、小批量生产及用常规方法难以成形的材料的成形。

目前，国内外学者主要围绕平板的激光成形技术进行研究。许多学者发现板材激光成形后，扫描线不同位置的弯曲角度不一致，这种现象被广泛称为“边缘效应”。边缘效应的存在严重影响了板材成形的精度，给后续的工艺制作带来了困难，如焊接、组装等，因此提供一种减小激光板材成形中的边缘效应的方法是尤为必要的。为了减小激光板材成形中的边缘效应，本发明提出了一种新的扫描方式：间断扫描，从而减小板材激光成形后的边缘效应现象，提高板材的成形精度。

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，提供一种减小板材边缘效应的方法，其采用间断扫描的方式来进行板材的激光成形，所述间断扫描方式的具体实施步骤如下：

步骤一：在所述板材表面涂覆石墨，以提高激光吸收率；

步骤二：将涂覆石墨后的所述板材用夹具固定于工作台，并保持涂覆石墨一侧向上；

步骤三：选取激光扫描的扫描位置；

步骤四：对待扫描位置进行加热区域划分；

步骤五：根据扫描位置加热区域划分的情况，首先间断扫描其中的第一扫描区域，待所述板材冷却后扫描第二扫描区域。

较佳的，在所述步骤四中，对待扫描位置进行加热区域划分时，为保证所述板材在间断扫描时扫描位置的对称性，将板材扫描位置划分为奇数2n+1个加热区域；

在所述步骤五中，首先对划分后的加热区域间断扫描其中的n或n+1段，扫描结束待板材冷却后，扫描其余未扫描的n+1或n段，最终将所述板材成形为一定的弯曲角度。

较佳的，所述第一扫描区域和所述第二扫描区域处于同一所述待扫描位置，且所述第一扫描区域与所述第二扫描区域不重叠。

较佳的，在所述步骤二中，利用夹具将所述板材固定在工作台，固定方式可以采用端部固定或板材中部固定。

较佳的，所述激光的功率为50W-3000W、扫描速度为1mm/s-100mm/s、光斑直径为1mm-40mm。

较佳的，在扫描过程中，保持激光功率不变，扫描速度不变，光斑尺寸不变。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1、采用间断扫描的方式针对板材激光成形后的边缘效应现象，以及成形中与扫描方向相垂直的方向的弯矩，将待扫描位置划分为不同的加热区域，首先间断扫描其中的一些区域，待板材冷却后扫描其余的扫描区域，从而减小板材激光扫描过程中与扫描方向相垂直的方向的弯矩，进而减小板材激光成形后的边缘效应现象；2、所述的间断扫描方式相比于传统的变速扫描等变能量扫描方式而言，优点在于所述间断扫描方式保证了板材扫描线不同位置具有相同的热影响区及相同的力学性能，从而有效减小板材激光成形后的边缘效应现象，降低板材激光成形后沿扫描位置不同位置弯曲角度不同的情况，实现了激光板材成形的快速无模成形，提高板材的成形精度；3、将待扫描位置划分为奇数2n+1个区域，从而保证了所述板材在间断扫描时，扫描位置的对称性，从而减小了所述板材由于扫描位置的不对称性造成不必要的成形精度误差。

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1是本发明减小板材边缘效应的方法的示意图一；

图2是本发明减小板材边缘效应的方法的示意图二；

图3是本发明减小板材边缘效应的方法的流程图。

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能够减小板材激光成形后的边缘效应现象的方法，提高板材激光成形后的成形精度。激光板材成形技术是利用激光束照射板材表面，同时板材在激光扫描过的加热区域产生塑性变形，最终将板材弯曲成形的技术。

边缘效应现象指板材激光成形后沿扫描位置不同位置弯曲角度不同的现象，这种现象的存在降低了板材的成形精度，给后续的工艺制作带来了困难，如焊接、组装等。如图1所示，其为本发明减小板材边缘效应的方法的示意图一；在板材1上沿任一方向进行激光扫描时，由于激光的高能量，在所述板材1厚度方向产生强烈的温度梯度，诱发不均匀热应力，进而在所述板材1横截面处产生弯矩，所述弯矩作用于所述板材1。但由于激光扫描线的移动需要时间，先扫描的区域逐渐开始冷却变形，未扫描到的区域尚未开始变形，从而导致扫描线不同位置的弯曲角度不一致，其中，在板材平面内，与扫描方向相垂直的方向的弯矩为导致板材边缘效应现象的根本原因。为了减小激光板材成形中的边缘效应，本发明提出了一种新的扫描方式：间断扫描，以减小板材激光成形后的边缘效应现象，提高板材的成形精度。

如图1、图2所示，所述间断扫描方式先将板材固定于工作台，在所述板材1上选择任意位置进行激光扫描，激光扫描之前对待扫描位置进行分段，随后对待扫描位置进行间断扫描形式的激光扫描，首先扫描其中的第一扫描区域2，待板材冷却后，再扫描与所述第一扫描区域2处于同一所述待扫描位置且区域不重叠的第二扫描区域2’，进而将板材加工弯曲为一定的角度。

所述间断扫描方式针对板材激光成形后的边缘效应现象，以及成形中与扫描方向相垂直的方向的弯矩，将待扫描位置划分为不同的加热区域，首先间断扫描其中的一些区域，待板材冷却后扫描其余的扫描区域，从而减小板材激光扫描过程中与扫描方向相垂直的方向的弯矩，进而减小板材激光成形后的边缘效应现象。

所述的间断扫描方式相比于传统的变速扫描等变能量扫描方式而言，优点在于所述间断扫描方式保证了板材扫描线不同位置具有相同的热影响区及相同的力学性能，从而有效减小板材激光成形后的边缘效应现象，降低板材激光成形后沿扫描位置不同位置弯曲角度不同的情况，实现了激光板材成形的快速无模成形，提高板材的成形精度。

如图3所示，所述间断扫描方式的具体实施步骤如下：

步骤一：在所述板材表面涂覆石墨，以提高激光吸收率；

步骤二：将涂覆石墨后的所述板材用夹具固定于工作台，并保持涂覆石墨一侧向上；

步骤三：选取激光扫描的扫描位置；

步骤四：对待扫描位置进行加热区域划分；

步骤五：根据扫描位置加热区域划分的情况，首先间断扫描其中的所述第一扫描区域2，待所述板材冷却后扫描所述第二扫描区域2’。

其中，在所述步骤二中，利用夹具将所述板材固定在工作台，固定方式可以采用端部固定或板材中部固定。

实施例一

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，在所述步骤四中，在激光扫描之前对待扫描位置进行加热区域划分，将待扫描位置划分为奇数2n+1个区域，随后进行步骤五，根据扫描位置加热区域划分的情况，对待扫描位置进行间断扫描形式的激光扫描，首先间断扫描其中的n或n+1个区域，待板材冷却后扫描其余的n+1或n个区域，进而将板材加工弯曲为一定的角度。

将待扫描位置划分为奇数2n+1个区域，从而保证了所述板材在间断扫描时，扫描位置的对称性，无论扫描其中的n个区域或扫描其中的n+1个区域，待扫描区域的几何中心均为整体扫描位置的几何中心。

因此，将待扫描位置划分为奇数2n+1个区域，保证了所述板材在间断扫描时扫描位置的对称性，从而减小了所述板材由于扫描位置的不对称性造成不必要的成形精度误差。

实施例二

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，如图1、图2所示，所述间断扫描方式先将板材固定于工作台，在所述板材1上选择y轴方向平行的任意位置进行激光扫描，激光扫描之前对待扫描位置进行分段，随后对待扫描位置进行间断扫描形式的激光扫描，首先扫描其中的第一扫描区域2，待板材冷却后，再扫描与所述第一扫描区域2处于同一所述待扫描位置且区域不重叠的第二扫描区域2’，进而将板材加工弯曲为一定的角度。

成形过程中，所述间断扫描的扫描形式，减小了与y轴方向相垂直的x轴方向的弯矩，进而减小板材激光成形后的边缘效应现象。

实施例三

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，所述间断扫描方式先将板材固定于工作台，在所述板材1上选择x轴方向平行的任意位置进行激光扫描，激光扫描之前对待扫描位置进行分段，随后对待扫描位置进行间断扫描形式的激光扫描，首先扫描其中的第一扫描区域2，待板材冷却后，再扫描与所述第一扫描区域2处于同一所述待扫描位置且区域不重叠的第二扫描区域2’，进而将板材加工弯曲为一定的角度。

成形过程中，所述间断扫描的扫描形式，减小了与x轴方向相垂直的y轴方向的弯矩，进而减小板材激光成形后的边缘效应现象。

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，激光板材成形技术是利用激光束照射板材表面，所述激光的功率为50W-3000W、扫描速度为1mm/s-100mm/s、光斑直径为1mm-40mm。

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，所述激光板材成形技术在利用激光束进行扫描时，在扫描过程中，保持激光功率不变，扫描速度不变，光斑尺寸不变。

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，选取一块尺寸为200mm×200mm×2.5mm的5A06铝合金平板进行成形，表面涂覆石墨后将所述5A06铝合金板材扫描位置划分为11段，采用的成形参数为：激光功率P＝600W、扫描速度V＝20mm/s、光斑直径D＝8mm，首先间断扫描其中的6段，从所述5A06铝合金板材第一端扫描至所述5A06铝合金板材的第二端，在成形过程中保持成形参数不变，扫描结束待板材冷却后从所述5A06铝合金板材第二端扫描其余未扫描区域至所述5A06铝合金板材第一端。

实施例七

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，选取一块尺寸为200mm×200mm×2.5mm的5A06铝合金平板进行成形，表面涂覆石墨后将所述5A06铝合金板材扫描位置划分为13段，采用的成形参数为：激光功率P＝50W、扫描速度V＝1mm/s、光斑直径D＝1mm，首先间断扫描其中的7段，从所述5A06铝合金板材第一端扫描至所述5A06铝合金板材的第二端，在成形过程中保持成形参数不变，扫描结束待板材冷却后从所述5A06铝合金板材第二端扫描其余未扫描区域至所述5A06铝合金板材第一端。

实施例八

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，选取一块尺寸为200mm×200mm×2.5mm的5A06铝合金平板进行成形，表面涂覆石墨后将所述5A06铝合金板材扫描位置划分为9段，采用的成形参数为：激光功率P＝3000W、扫描速度V＝100mm/s、光斑直径D＝40mm，首先间断扫描其中的4段，从所述5A06铝合金板材第一端扫描至所述5A06铝合金板材的第二端，在成形过程中保持成形参数不变，扫描结束待板材冷却后从所述5A06铝合金板材第二端扫描其余未扫描区域至所述5A06铝合金板材第一端。

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。