本發(fā)明涉及板材加工領(lǐng)域，具體涉及一種減小板材邊緣效應(yīng)的方法。

背景技術(shù)：

金屬板材成形技術(shù)在現(xiàn)代航空、航天、船舶、汽車等工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，板材件占有比例很大，因此需要對金屬板材成形技術(shù)進(jìn)行深入研究，掌握其成形機(jī)理并提高成形精度，以便更好的應(yīng)用于實(shí)踐；在這方面許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究，取得了許多研究成果。激光板材成形技術(shù)是利用激光束照射金屬板材表面，在金屬板材厚度方向產(chǎn)生強(qiáng)烈的溫度梯度，誘發(fā)不均勻熱應(yīng)力，進(jìn)而在板材橫截面處產(chǎn)生彎矩作用于板材，同時(shí)板材加熱區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，最終將板材彎曲成形的技術(shù)。

與傳統(tǒng)的板材機(jī)械成形、時(shí)效成形等板材成形技術(shù)相比，激光板材成形無需模具、無需外力，因而生產(chǎn)周期短、柔性大，特別適合小批量零件的生產(chǎn)；由于不受模具限制，可成形各類異構(gòu)件；激光熱成形屬于熱態(tài)積累成形，能夠成形高硬度和脆性材料，像鈦鎳合金、陶瓷、鑄鐵等；借助形狀測量儀和紅外測溫儀，可在數(shù)控加工機(jī)上進(jìn)行全過程閉環(huán)控制，以提高成形精度；激光熱成形為非接觸成形，變形時(shí)無外力作用，因而回彈較小，成形精度較高；在成形過程中，單次掃描變形量較小，成形時(shí)不易產(chǎn)生皺曲，特別適合于單件、小批量生產(chǎn)及用常規(guī)方法難以成形的材料的成形。

目前，國內(nèi)外學(xué)者主要圍繞平板的激光成形技術(shù)進(jìn)行研究。許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)板材激光成形后，掃描線不同位置的彎曲角度不一致，這種現(xiàn)象被廣泛稱為“邊緣效應(yīng)”。邊緣效應(yīng)的存在嚴(yán)重影響了板材成形的精度，給后續(xù)的工藝制作帶來了困難，如焊接、組裝等，因此提供一種減小激光板材成形中的邊緣效應(yīng)的方法是尤為必要的。為了減小激光板材成形中的邊緣效應(yīng)，本發(fā)明提出了一種新的掃描方式：間斷掃描，從而減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，提高板材的成形精度。

鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明采用的技術(shù)方案在于，提供一種減小板材邊緣效應(yīng)的方法，其采用間斷掃描的方式來進(jìn)行板材的激光成形，所述間斷掃描方式的具體實(shí)施步驟如下：

步驟一：在所述板材表面涂覆石墨，以提高激光吸收率；

步驟二：將涂覆石墨后的所述板材用夾具固定于工作臺，并保持涂覆石墨一側(cè)向上；

步驟三：選取激光掃描的掃描位置；

步驟四：對待掃描位置進(jìn)行加熱區(qū)域劃分；

步驟五：根據(jù)掃描位置加熱區(qū)域劃分的情況，首先間斷掃描其中的第一掃描區(qū)域，待所述板材冷卻后掃描第二掃描區(qū)域。

較佳的，在所述步驟四中，對待掃描位置進(jìn)行加熱區(qū)域劃分時(shí)，為保證所述板材在間斷掃描時(shí)掃描位置的對稱性，將板材掃描位置劃分為奇數(shù)2n+1個(gè)加熱區(qū)域；

在所述步驟五中，首先對劃分后的加熱區(qū)域間斷掃描其中的n或n+1段，掃描結(jié)束待板材冷卻后，掃描其余未掃描的n+1或n段，最終將所述板材成形為一定的彎曲角度。

較佳的，所述第一掃描區(qū)域和所述第二掃描區(qū)域處于同一所述待掃描位置，且所述第一掃描區(qū)域與所述第二掃描區(qū)域不重疊。

較佳的，在所述步驟二中，利用夾具將所述板材固定在工作臺，固定方式可以采用端部固定或板材中部固定。

較佳的，所述激光的功率為50W-3000W、掃描速度為1mm/s-100mm/s、光斑直徑為1mm-40mm。

較佳的，在掃描過程中，保持激光功率不變，掃描速度不變，光斑尺寸不變。

與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的有益效果在于：1、采用間斷掃描的方式針對板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，以及成形中與掃描方向相垂直的方向的彎矩，將待掃描位置劃分為不同的加熱區(qū)域，首先間斷掃描其中的一些區(qū)域，待板材冷卻后掃描其余的掃描區(qū)域，從而減小板材激光掃描過程中與掃描方向相垂直的方向的彎矩，進(jìn)而減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象；2、所述的間斷掃描方式相比于傳統(tǒng)的變速掃描等變能量掃描方式而言，優(yōu)點(diǎn)在于所述間斷掃描方式保證了板材掃描線不同位置具有相同的熱影響區(qū)及相同的力學(xué)性能，從而有效減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，降低板材激光成形后沿掃描位置不同位置彎曲角度不同的情況，實(shí)現(xiàn)了激光板材成形的快速無模成形，提高板材的成形精度；3、將待掃描位置劃分為奇數(shù)2n+1個(gè)區(qū)域，從而保證了所述板材在間斷掃描時(shí)，掃描位置的對稱性，從而減小了所述板材由于掃描位置的不對稱性造成不必要的成形精度誤差。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明各實(shí)施例中的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1是本發(fā)明減小板材邊緣效應(yīng)的方法的示意圖一；

圖2是本發(fā)明減小板材邊緣效應(yīng)的方法的示意圖二；

圖3是本發(fā)明減小板材邊緣效應(yīng)的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。

本發(fā)明在于提供一種能夠減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象的方法，提高板材激光成形后的成形精度。激光板材成形技術(shù)是利用激光束照射板材表面，同時(shí)板材在激光掃描過的加熱區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，最終將板材彎曲成形的技術(shù)。

邊緣效應(yīng)現(xiàn)象指板材激光成形后沿掃描位置不同位置彎曲角度不同的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的存在降低了板材的成形精度，給后續(xù)的工藝制作帶來了困難，如焊接、組裝等。如圖1所示，其為本發(fā)明減小板材邊緣效應(yīng)的方法的示意圖一；在板材1上沿任一方向進(jìn)行激光掃描時(shí)，由于激光的高能量，在所述板材1厚度方向產(chǎn)生強(qiáng)烈的溫度梯度，誘發(fā)不均勻熱應(yīng)力，進(jìn)而在所述板材1橫截面處產(chǎn)生彎矩，所述彎矩作用于所述板材1。但由于激光掃描線的移動(dòng)需要時(shí)間，先掃描的區(qū)域逐漸開始冷卻變形，未掃描到的區(qū)域尚未開始變形，從而導(dǎo)致掃描線不同位置的彎曲角度不一致，其中，在板材平面內(nèi)，與掃描方向相垂直的方向的彎矩為導(dǎo)致板材邊緣效應(yīng)現(xiàn)象的根本原因。為了減小激光板材成形中的邊緣效應(yīng)，本發(fā)明提出了一種新的掃描方式：間斷掃描，以減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，提高板材的成形精度。

如圖1、圖2所示，所述間斷掃描方式先將板材固定于工作臺，在所述板材1上選擇任意位置進(jìn)行激光掃描，激光掃描之前對待掃描位置進(jìn)行分段，隨后對待掃描位置進(jìn)行間斷掃描形式的激光掃描，首先掃描其中的第一掃描區(qū)域2，待板材冷卻后，再掃描與所述第一掃描區(qū)域2處于同一所述待掃描位置且區(qū)域不重疊的第二掃描區(qū)域2’，進(jìn)而將板材加工彎曲為一定的角度。

所述間斷掃描方式針對板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，以及成形中與掃描方向相垂直的方向的彎矩，將待掃描位置劃分為不同的加熱區(qū)域，首先間斷掃描其中的一些區(qū)域，待板材冷卻后掃描其余的掃描區(qū)域，從而減小板材激光掃描過程中與掃描方向相垂直的方向的彎矩，進(jìn)而減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象。

所述的間斷掃描方式相比于傳統(tǒng)的變速掃描等變能量掃描方式而言，優(yōu)點(diǎn)在于所述間斷掃描方式保證了板材掃描線不同位置具有相同的熱影響區(qū)及相同的力學(xué)性能，從而有效減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象，降低板材激光成形后沿掃描位置不同位置彎曲角度不同的情況，實(shí)現(xiàn)了激光板材成形的快速無模成形，提高板材的成形精度。

如圖3所示，所述間斷掃描方式的具體實(shí)施步驟如下：

步驟一：在所述板材表面涂覆石墨，以提高激光吸收率；

步驟二：將涂覆石墨后的所述板材用夾具固定于工作臺，并保持涂覆石墨一側(cè)向上；

步驟三：選取激光掃描的掃描位置；

步驟四：對待掃描位置進(jìn)行加熱區(qū)域劃分；

步驟五：根據(jù)掃描位置加熱區(qū)域劃分的情況，首先間斷掃描其中的所述第一掃描區(qū)域2，待所述板材冷卻后掃描所述第二掃描區(qū)域2’。

其中，在所述步驟二中，利用夾具將所述板材固定在工作臺，固定方式可以采用端部固定或板材中部固定。

實(shí)施例一

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，在所述步驟四中，在激光掃描之前對待掃描位置進(jìn)行加熱區(qū)域劃分，將待掃描位置劃分為奇數(shù)2n+1個(gè)區(qū)域，隨后進(jìn)行步驟五，根據(jù)掃描位置加熱區(qū)域劃分的情況，對待掃描位置進(jìn)行間斷掃描形式的激光掃描，首先間斷掃描其中的n或n+1個(gè)區(qū)域，待板材冷卻后掃描其余的n+1或n個(gè)區(qū)域，進(jìn)而將板材加工彎曲為一定的角度。

將待掃描位置劃分為奇數(shù)2n+1個(gè)區(qū)域，從而保證了所述板材在間斷掃描時(shí)，掃描位置的對稱性，無論掃描其中的n個(gè)區(qū)域或掃描其中的n+1個(gè)區(qū)域，待掃描區(qū)域的幾何中心均為整體掃描位置的幾何中心。

因此，將待掃描位置劃分為奇數(shù)2n+1個(gè)區(qū)域，保證了所述板材在間斷掃描時(shí)掃描位置的對稱性，從而減小了所述板材由于掃描位置的不對稱性造成不必要的成形精度誤差。

實(shí)施例二

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，如圖1、圖2所示，所述間斷掃描方式先將板材固定于工作臺，在所述板材1上選擇y軸方向平行的任意位置進(jìn)行激光掃描，激光掃描之前對待掃描位置進(jìn)行分段，隨后對待掃描位置進(jìn)行間斷掃描形式的激光掃描，首先掃描其中的第一掃描區(qū)域2，待板材冷卻后，再掃描與所述第一掃描區(qū)域2處于同一所述待掃描位置且區(qū)域不重疊的第二掃描區(qū)域2’，進(jìn)而將板材加工彎曲為一定的角度。

成形過程中，所述間斷掃描的掃描形式，減小了與y軸方向相垂直的x軸方向的彎矩，進(jìn)而減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象。

實(shí)施例三

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，所述間斷掃描方式先將板材固定于工作臺，在所述板材1上選擇x軸方向平行的任意位置進(jìn)行激光掃描，激光掃描之前對待掃描位置進(jìn)行分段，隨后對待掃描位置進(jìn)行間斷掃描形式的激光掃描，首先掃描其中的第一掃描區(qū)域2，待板材冷卻后，再掃描與所述第一掃描區(qū)域2處于同一所述待掃描位置且區(qū)域不重疊的第二掃描區(qū)域2’，進(jìn)而將板材加工彎曲為一定的角度。

成形過程中，所述間斷掃描的掃描形式，減小了與x軸方向相垂直的y軸方向的彎矩，進(jìn)而減小板材激光成形后的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象。

實(shí)施例四

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，激光板材成形技術(shù)是利用激光束照射板材表面，所述激光的功率為50W-3000W、掃描速度為1mm/s-100mm/s、光斑直徑為1mm-40mm。

實(shí)施例五

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，所述激光板材成形技術(shù)在利用激光束進(jìn)行掃描時(shí)，在掃描過程中，保持激光功率不變，掃描速度不變，光斑尺寸不變。

實(shí)施例六

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，選取一塊尺寸為200mm×200mm×2.5mm的5A06鋁合金平板進(jìn)行成形，表面涂覆石墨后將所述5A06鋁合金板材掃描位置劃分為11段，采用的成形參數(shù)為：激光功率P＝600W、掃描速度V＝20mm/s、光斑直徑D＝8mm，首先間斷掃描其中的6段，從所述5A06鋁合金板材第一端掃描至所述5A06鋁合金板材的第二端，在成形過程中保持成形參數(shù)不變，掃描結(jié)束待板材冷卻后從所述5A06鋁合金板材第二端掃描其余未掃描區(qū)域至所述5A06鋁合金板材第一端。

實(shí)施例七

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，選取一塊尺寸為200mm×200mm×2.5mm的5A06鋁合金平板進(jìn)行成形，表面涂覆石墨后將所述5A06鋁合金板材掃描位置劃分為13段，采用的成形參數(shù)為：激光功率P＝50W、掃描速度V＝1mm/s、光斑直徑D＝1mm，首先間斷掃描其中的7段，從所述5A06鋁合金板材第一端掃描至所述5A06鋁合金板材的第二端，在成形過程中保持成形參數(shù)不變，掃描結(jié)束待板材冷卻后從所述5A06鋁合金板材第二端掃描其余未掃描區(qū)域至所述5A06鋁合金板材第一端。

實(shí)施例八

如上述所述的減小板材邊緣效應(yīng)的方法，本實(shí)施例與其不同之處在于，選取一塊尺寸為200mm×200mm×2.5mm的5A06鋁合金平板進(jìn)行成形，表面涂覆石墨后將所述5A06鋁合金板材掃描位置劃分為9段，采用的成形參數(shù)為：激光功率P＝3000W、掃描速度V＝100mm/s、光斑直徑D＝40mm，首先間斷掃描其中的4段，從所述5A06鋁合金板材第一端掃描至所述5A06鋁合金板材的第二端，在成形過程中保持成形參數(shù)不變，掃描結(jié)束待板材冷卻后從所述5A06鋁合金板材第二端掃描其余未掃描區(qū)域至所述5A06鋁合金板材第一端。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。