一种能场调控的TC4钛合金激光弯曲成形方法

本发明属于激光加工。

背景技术：

1、历经几十年的发展，激光加工技术已经成为工业领域中一种常用加工技术。其中，激光成形是一种非接触式的柔性激光加工方法，其原理是在激光束按照预定扫描路径照射于工件表面时，由于材料热胀冷缩的特性，工件内部产生了非均匀热应力，从而使材料发生塑性变形。

2、相比常规成形技术，激光成形技术具有以下优点：(1)无需模具成形，生产周期短，柔性高；(2)激光弯曲成形属于热态积累成形，可对常温环境难变形或硬化指数高的材料进行成形；(3)激光成形过程中无外力作用，因而没有工件回弹现象，成形精度高；(4)激光束良好的方向性和相干性使得激光弯曲成形技术能够应用于受结构限制、传统工具无法接触或靠近的工件加工。

3、激光弯曲成形技术目前主要应用于单层均质板材弯曲、双层及多层复合板材弯曲、管材弯曲及双曲面零件弯曲中。大型板材弯曲是重要的激光成形制造工艺之一。激光弯曲成形技术通过在板材上按预定路径扫描局部加热板材，从而使板材在厚度方向由于应力梯度发生塑性变形。

4、目前，激光弯曲成形技术采用的主要激光模式为常规单激光，在较大的弯曲角度要求下，金属板材需要通过多次激光扫描达到要求的弯曲成形角度，成形效率较低，限制了加工效率的进一步提升。

技术实现思路

1、本发明要解决现有钛合金板材激光弯曲成形效率较低的问题，而提供一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法。

2、一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法，它是按照以下步骤进行的：

3、一、预处理及安装定位：

4、将tc4钛合金板材进行预处理，然后将预处理后的tc4钛合金板材一端夹持固定；

5、二、激光弯曲成形：

6、在激光功率为800w～2400w、焊接速度为4m/min～8m/min及离焦量为0mm～+40mm的条件下，利用摆动激光或点环激光作用于tc4钛合金板材表面，以预定扫描路径进行扫描10次～25次，得到弯曲成形的tc4钛合金板材。

7、本发明的有益效果是：

8、1、本发明方法可实现最大尺寸200mm×200mm、厚度为0.5mm～2mm的tc4钛合金板材激光弯曲成形。弯曲成形板材不发生翘曲现象，扫描方向上板材弯曲成形程度均匀一致。

9、2、本发明的方法可通过调控激光能场，在相同工艺参数条件下，相比常规单激光模式，可获得弯曲角度更大的tc4钛合金薄板激光弯曲成形样件；在摆动激光模式下，相同工艺参数获得的弯曲成形样件弯曲角度增幅达到约61.5％。

10、3、本发明方法在相同弯曲成形角度要求下，通过摆动激光模式或点环激光模式，采用相同工艺参数达到要求弯曲成形角度所需加工次数更少；能场调控tc4钛合金激光弯曲成形有效提升了激光弯曲成形的加工效率。

11、4、利用摆动激光模式或点环激光模式取代常规单激光进行tc4钛合金薄板激光弯曲成形，成形过程易于实现及控制，易于钛合金薄板精确弯曲成形，操作简单方便。

12、本发明用于一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法。

技术特征：

1.一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：

2.根据权利要求1所述的一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法，其特征在于步骤一中所述的tc4钛合金板材的厚度为0.5mm～2mm。

3.根据权利要求1所述的一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法，其特征在于步骤一中所述的预处理具体是按以下步骤进行：对待加工表面进行打磨处理以去除表面氧化膜及油污，打磨后再用丙酮对待加工表面进行清理。

4.根据权利要求1所述的一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法，其特征在于步骤二中激光与tc4钛合金板材表面的夹角为80°～100。

5.根据权利要求1所述的一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法，其特征在于步骤二中利用摆动激光或点环激光，激光器发出的激光通过激光加工头作用于tc4钛合金板材表面。

6.根据权利要求1所述的一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法，其特征在于步骤二中所述的摆动激光的摆动幅度为1mm～2.0mm，摆动频率为110hz～200hz。

7.根据权利要求1所述的一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法，其特征在于步骤二中所述的摆动激光的摆动模式为圆形摆动模式。

8.根据权利要求1所述的一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法，其特征在于步骤二中当利用点环激光时，所述的激光功率为点光功率与环光功率的总和，且环光功率占激光功率的30％～90％。

9.根据权利要求1所述的一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法，其特征在于步骤二中所述的点环激光通过同轴单光纤直接输出、激光器内置光纤耦合器输出、激光器内置集成光闸输出或二合一光纤输出。

10.根据权利要求9所述的一种能场调控的tc4钛合金激光弯曲成形方法，其特征在于所述的二合一光纤由内部纤芯及外部环芯组成，内部纤芯直径为100μm，外部环芯外直径为400μm，外部环芯宽度为100μm。

技术总结
一种能场调控的TC4钛合金激光弯曲成形方法，本发明属于激光加工技术领域。本发明要解决现有钛合金板材激光弯曲成形效率较低的问题。方法：一、预处理及安装定位；二、利用摆动激光或点环激光进行激光弯曲成形。本发明用于能场调控的TC4钛合金激光弯曲成形。

技术研发人员：陈曦,姜梦,陈彦宾,王智远,雷正龙
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14