[發(fā)明專利]一種鋁合金薄板激光彎曲成形工藝方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710439402.5
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107159746A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚芳萍;李金華;蘇智超
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B21D5/00
• 分類號: B21D5/00;B21D31/00
• 代理公司: 沈陽技聯(lián)專利代理有限公司21205
• 代理人: 張志剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種合金薄板成形工藝方法，特別是涉及一種鋁合金薄板激光彎曲成形工藝方法。

背景技術(shù)

激光彎曲成形技術(shù)是一個新興的技術(shù)，在20世紀(jì)80年代已經(jīng)被提出來，由于其生產(chǎn)周期短，精度高，無模制造的加工特點(diǎn)，使其正日益引起板材加工業(yè)的關(guān)注。利用激光進(jìn)行板材加工變形時，具有很大的靈活性，只需要設(shè)計(jì)激光的掃描軌跡和加工參數(shù)就可以獲得所需形狀的工件。對于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且小批量生產(chǎn)的工件運(yùn)用激光彎曲技術(shù)具有傳統(tǒng)板材加工方法所無可比擬的優(yōu)勢：

（1）無模制造，節(jié)省模具制造費(fèi)用，生產(chǎn)周期短，對于單件或是小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)尤為適用。

（2）激光加工過程中，板材是無載荷加工，因?yàn)榧す鈷呙钑拱宀脑诩す饧庸さ呢Q直方向產(chǎn)生溫度梯度，因此板材內(nèi)部會形成非均勻應(yīng)力場，最終實(shí)現(xiàn)板材的彎曲成形，通過此種方法加工板材，最終板材不會產(chǎn)生回彈現(xiàn)象。

（3）激光彎曲是通過熱態(tài)累積使板材逐漸彎曲成形的柔性制造技術(shù)，所以對于一些硬而脆的材料也適用。

（4）激光加工的靈活性高，可進(jìn)行非接觸式加工，適用于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜或受空間限制難以移動或靠近的機(jī)器或工件。

（5）激光加工可以進(jìn)行成形、切割、焊接等多工序、同工位復(fù)合化加工。

到目前為止國內(nèi)外眾多學(xué)者已經(jīng)在金屬板材的激光彎曲成形機(jī)理、激光彎曲成形過程的有限元模擬以及影響板材激光彎曲成形角度的影響因素等方面都取得了一定成果。可是研究仍處于初級階段，但其潛在的使用價值是巨大的，對于在汽車業(yè)、船舶制造業(yè)、精密儀表行業(yè)以及航空領(lǐng)域都具有巨大的發(fā)展空間。將激光彎曲技術(shù)應(yīng)用到鋁合金板材的彎曲成形領(lǐng)域不僅可以解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)板材成形困難的問題。

從材料方面看，鋁合金材料質(zhì)量輕盈，強(qiáng)度較高，加工成型性能好和具有抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)使其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景十分廣闊。并且鋁合金材料具有較高的回收利用率，可達(dá)80%以上，綜合鋁及鋁合金的成本、機(jī)械性能、確定了鋁及鋁合金材料在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢。將激光彎曲技術(shù)應(yīng)用到鋁合金板材彎曲成形，對產(chǎn)品的更新和生產(chǎn)具有巨大意義。

但如何對鋁合金板材激光彎曲過程進(jìn)行很好的干預(yù)，進(jìn)而預(yù)測其成形角度，直接決定其彎曲成形的效果。

實(shí)際成形過程中，影響彎曲效果的因素很多，見圖1。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋁合金薄板激光彎曲成形工藝方法，該方法通過實(shí)驗(yàn)及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對鋁合金薄板激光彎曲過程中的工藝參數(shù)及彎曲角度進(jìn)行預(yù)測，根絕預(yù)測結(jié)果設(shè)置彎曲過程中的相關(guān)參數(shù)，對板材激光彎曲成形過程有指導(dǎo)作用。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種鋁合金薄板激光彎曲成形工藝方法，所述方法利用鋁合金薄板及光纖激光設(shè)備，以KUKA機(jī)器人為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用手工編程，通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，分析各成形工藝參數(shù)的激光功率、掃描速度、掃描次數(shù)和掃描方式對激光彎曲角度的影響；以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對鋁合金薄板激光彎曲工藝參數(shù)的激光功率、掃描速度和掃描次數(shù)及成形角度進(jìn)行預(yù)測；

包括以下步驟：

1）選用鋁合金薄板，采用激光脈沖；選取薄板樣件夾具夾持；進(jìn)行激光加工之前，對薄板加工表面打磨處理以去除薄板表面的氧化膜，再對加工表面用丙酮進(jìn)行清洗去除表面雜質(zhì)；經(jīng)過打磨后，加工部位比較光亮，表面對激光能量的吸收率有所下降，為了增加加工表面對激光能量的吸收效率，激光掃描軌跡進(jìn)行涂黑；

2）采用光纖激光器，為光纖振蕩產(chǎn)生激光并采用光纖耦合輸出；經(jīng)聚焦頭中光束進(jìn)行整形和聚焦；然后將聚焦頭集成到KUKA機(jī)器人系統(tǒng)上，通過機(jī)器人x，y，z三個方向的移動，實(shí)現(xiàn)光束的柔性加工；

3）選取掃描速度、掃描次數(shù)加工樣件，分析激光功率對彎曲角度的影響；分別選取激光功率為450W和500W，掃描次數(shù)為5次加工樣件，在掃描次數(shù)相同的情況下，掃描速度的變化范圍為10mm/s～20mm/s，分析掃描速度對彎曲角度的影響；

4）選取激光功率分別為450W和500W，掃描速度均為10mm/s加工樣件，通過改變掃描次數(shù)分析其對彎曲角度的影響；在相同的激光功率、掃描次數(shù)和掃描速度的情況下，變換掃描方式，分析其對彎曲角度的影響；

5）收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對鋁合金薄板激光彎曲工藝參數(shù)，激光功率、掃描速度和掃描次數(shù)及成形角度進(jìn)行預(yù)測。

所述的一種鋁合金薄板激光彎曲成形工藝方法，所述薄板一端被夾具固定在工作臺上，一端處于懸空自由狀態(tài)，激光束位于薄板長度方向的中間位置，沿薄板寬度方向進(jìn)行掃描。