[發明專利]壓彎激光復合成形方法

無效

• 申請號: 200710062910.2
• 申請日: 2007-01-19
• 公開（公告）號: CN101140449A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 陳光南;王秀鳳;羅耕星;彭青;吳臣武
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G05B15/02
• 分類號: G05B15/02;B23K26/00
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 尹振啟

技術領域

本發明涉及一種鈑金結構件尤其是尺寸大、結構形狀復雜的難成形鈑金結構件的彎曲成形方法。

背景技術

工程上有這樣一類鈑金零件，譬如飛機的蒙皮和整體(蒙皮與支撐筋條一體化)壁板零件、火箭的整體燃料箱零件、船舶的船舷和甲板零件以及汽車的覆蓋件等，需要采取壓彎或滾彎(壓彎的另一種形式，成形零件可以在被壓彎的同時隨支撐輥轉動)方式成形。

壓彎或滾彎是目前壁板成形的主要方法。該方法利用三點彎曲方式成形壁板，壁板由兩個支撐點所支撐，加載裝置控制壓頭在壁板上預定的位置加載。壁板在載荷的作用下產生塑性變形，從而實現預期的幾何外形。壓彎成形可以是一次成形也可以是多次或增量式成形(通過多次、逐步的加載方法使坯件成形)。載荷大小和加載位置，以及加載次序都是成形中需要考慮的問題。

對于飛機蒙皮和壁板類零件，由于尺寸大、結構形狀復雜，采用該方法變形量小、成形難度大、不能成形局部變形量大和筋條高的零件。其主要體現是：變形抗力大、回彈量大、易出現變形損傷(如筋條起皺和開裂等)、成形精度較差。為了滿足其尺寸和形狀精度要求，對這類零件往往需要采取小量變形多次退火的辦法成形，之后還需要根據經驗采用“人工錘敲”、“皮條抽打”或“噴丸”等手段進行微調。但是，“人工錘敲”、“皮條抽打”往往依賴于加工者的經驗，不易實現制造自動化。除此之外，“人工錘敲”、“皮條抽打”容易在工件表面留下損傷，成為安全隱患。大型民用飛機是絕對不允許“人工錘敲”、“皮條抽打”的。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明提供了一種壓彎激光復合成形方法，該方法盡可能地排除了成形過程中的人為影響和對操作人員經驗的依賴，從而實現成形工藝的自動化和智能化。

為實現上述目的，本發明一種壓彎激光復合成形方法，包括如下步驟：

1)建立成形材料的力學性能和熱物性等相關性能參數以及成形零件的結構、尺寸和形狀數據庫，以及材料在多物理場(機械載荷、熱載荷)的作用下的響應規律，建立計算平臺和專家系統。并通過該計算平臺對坯件的虛擬加工，對難成形、需要激光加工的位置以及激光加工參數進行預判斷，即通過對加工過程的模擬得出激光的技術參數、需要激光加工的區域和軌跡，以及加工時坯件的約束條件；

2)將步驟1)中的各項條件通過計算機控制系統轉換成激光加工的能量、時間、空間坐標、速度、軌跡等工藝參數；

3)在機械加工時，根據步驟2)中的參數通過計算機控制系統控制進行激光輔助加工以達到預期的成形效果；

4)在步驟(3)加工的同時，用于測量坯件狀態的傳感器向控制系統反饋應力、應變等實時監控數據，計算機控制系統根據這些數據及時修正工藝參數，從而在整個加工過程中形成閉環控制。

5)對于精調工作方案，首先檢測待精調零件形狀、尺寸與設計零件的差異，然后根據1)、2)、3)、4)確定精調方案，包括確定需要注入激光能量的量級、部位、方式和軌跡等參數。精調工作可重復進行，直至成形零件達到設計要求為止。

本發明通過在傳統機械成形大型件的過程中采用激光進行加工，可以對在機械成形過程中出現的難以變形的地方進行很好地處理，因此克服了機械成形可能帶來成形件損傷甚至破壞的缺點，主要包括如下兩個方面：第一、激光與材料之間的相互作用使成形件局部區域的變形抗力下降。由于激光產生的能量注入，材料在高溫下的結構、組織發生改變，材料的塑性流動能力增強，成形過程中的變形抗力下降，有助于成形；第二、利用激光所產生的溫度梯度局部成形，材料對于不同的溫度有著不同的響應。一般來說，成形過程中處于溫度高的部分材料變形較大，相反的，處于溫度低的部分變形相對較小，而這個差異足以使坯件發生彎曲。改變作用強度，作用時間以及邊界條件可以控制其彎曲方向和彎曲程度。坯件成形后有較好的定形性。

附圖說明

圖1為本發明對于鈦合金板彎曲時的對比效果圖。

具體實施方式