激光辅助加热工具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光技术，尤其涉及一种激光辅助加热工具。
【背景技术】
[0002]激光辅助渐进热成形是室温下难变形金属板料的柔性加工方法，可用于镁合金和钛合金等难变形材料的复杂钣金件的柔性成形。J.R.Duflou等人在文献“LaserAssisted Incremental Forming:FormabiIity and Accuracy Improvement(Annals ofthe CIRP Vol.56/1/2007:273-276)”提出了一种利用安装机器人端部的工具头在垂直固定的板料一侧渐进成形、激光束在板料另一侧实施同步激光加热的方法，用于难变形板材的成形，板料两侧的两套数控装置的动态同步不容易精确保证，而且装备的成本高。Linda Mosecker 等人在文献 “Deformat1n mechanisms of Ti6A14V sheet materialduring the incremental sheet forming with laser heating (Key EngineeringMaterials, 2013，Vol549:372-380) ”采用了一套独立的激光加热头同侧局部加热板料、工具头随后实施渐进成形的方法，也存在加热轨迹和成形加载轨迹分别独立控制而不容易同步的问题。
[0003]上述两种激光辅助加热的渐进成形方法，激光束都需由额外的机械装置实现数控驱动，设备成本高，加热区域与局部变形区的动态同步性无法精确保证。而且板料上的被加热区暴露于空气中，易造成表面氧化，影响了材料的成形性和成形件的表面质量。
【发明内容】
[0004]本发明的目的，就是为了提供一种新型的激光辅助加热工具，以简化激光辅助渐进成形中机构的复杂性，解决加热区域与成形区域可能存在的动态不同步问题和板料的氧化等缺陷，从而提高板料的可成形性和成形件的表面质量。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种激光辅助加热工具，用于夹持在渐进成形机的主轴上辅助难变形金属板料的渐进热成形，包括顺序相连的夹持柄、激光准直镜和激光加热头，夹持柄用于夹持在渐进成形机的主轴上，激光准直镜通过激光输入光纤与激光发生器相连，从激光准直镜出来的激光通过激光加热头对难变形金属板料进行辅助加热。
[0006]所述激光加热头为具有直细内孔的管状结构件，上端的一侧设有惰性气体入口，下端的周围设有多个惰性气体出口，各惰性气体出口呈伞状斜向下方贯通。
[0007]所述激光加热头的下端具有球面形加热头结构。
[0008]还包括热电偶，该热电偶设置在激光加热头的下端内部，可实现对激光加热头下端部温度的实时检测。
[0009]本发明适用于难变形金属板料三维零件的热辅助渐进成形，可提高其成形性。利用本工具可降低激光辅助加热渐进成形机构设计的复杂性，克服加热区域和成形区域因由两套数控系统独立控制而导致的可能不同步问题，缓解了板料渐进热成形过程中出现的工具过热，减少被加热板料的表面氧化。通过本发明，仅需三轴渐进成形设备即可实现激光辅助加热渐进成形这一过程，无需其它运动机构或光学机构对激光光束的发射方向与光斑位置进行调整。此外，加热区被工具及保护性气体所覆盖，可减少成形过程板料表面的氧化现象。
【附图说明】
[0010]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]参见图1，本发明的激光辅助加热工具，用于夹持在渐进成形机的主轴上辅助难变形金属板料的渐进热成形，包括顺序相连的夹持柄1、激光准直镜2和激光加热头3，夹持柄用于夹持在渐进成形机的主轴上，激光准直镜通过激光输入光纤4与激光发生器相连，从激光准直镜出来的激光5通过激光加热头对难变形金属板料6进行辅助加热。
[0012]本发明中的激光加热头3为具有直细内孔的管状结构件，上端的一侧设有惰性气体入口 31，下端的周围设有多个惰性气体出口 32，各惰性气体出口呈伞状斜向下方贯通。激光加热头的下端具有球面形加热头结构33。
[0013]还包括热电偶7，该热电偶设置在激光加热头的下端内部，可实现对激光加热头下端部温度的实时检测。
[0014]本发明的工作过程原理如下:将激光辅助加热工具的夹持柄I夹持于渐进成形机的主轴上。针对难变形材料，接通激光后，激光通过激光准直镜2变成平行的激光光束5，通过激光加热头3照射于板料6表面，并形成板料高温区8，实现板料在高温区的局部软化。此外，惰性气体通过惰性气体入口 31进入激光加热头3内部，在通过的过程中带走大部分激光加热头3的热量，可降低激光加热头3的温度。最终，惰性气体从下端的惰性气体出口 32喷出，斜射于板料6表面，从而实现对板料表面氧化的抑制并降低板料未变形区域的表面温度。此外，通过置于激光加热头3下端的热电偶，实现激光加热头3下端部温度的测量，以监控激光加热头3的工作状态。
【主权项】
1.一种激光辅助加热工具，用于夹持在渐进成形机的主轴上辅助难变形金属板料的渐进热成形，其特征在于:包括顺序相连的夹持柄、激光准直镜和激光加热头，夹持柄用于夹持在渐进成形机的主轴上，激光准直镜通过激光输入光纤与激光发生器相连，从激光准直镜出来的激光通过激光加热头对难变形金属板料进行辅助加热。2.如权利要求1所述的激光辅助加热工具，其特征在于:所述激光加热头为具有直细内孔的管状结构件，上端的一侧设有惰性气体入口，下端的周围设有多个惰性气体出口，各惰性气体出口呈伞状斜向下方贯通。3.如权利要求1所述的激光辅助加热工具，其特征在于:所述激光加热头的下端具有球面形加热头结构。4.如权利要求1所述的激光辅助加热工具，其特征在于:还包括热电偶，该热电偶设置在激光加热头的下端内部，可实现对激光加热头下端部温度的实时检测。
【专利摘要】一种激光辅助加热工具，包括顺序相连的夹持柄、激光准直镜和激光加热头，夹持柄用于夹持在渐进成形机的主轴上，激光准直镜通过激光输入光纤与激光发生器相连，从激光准直镜出来的激光通过激光加热头对难变形金属板料进行辅助加热。本发明适用于难变形金属板料三维零件的热辅助渐进成形，可提高其成形性。采用本发明的工具，仅需三轴渐进成形设备即可实现激光辅助加热渐进成形这一过程，无需其它运动机构或光学机构对激光光束的发射方向与光斑位置进行调整。此外，加热区被工具及保护性气体所覆盖，可减少成形过程板料表面的氧化现象。
【IPC分类】B21D37/16, B21D31/00
【公开号】CN104959461
【申请号】CN201510270678
【发明人】陈军, 陆彬
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月25日