[發明專利]一種基于3D打印與漸進成形技術的變壁厚鈑金零件加工方法與裝置

在審

• 申請號: 201710928902.5
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107737929A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 王輝;李娟;光凱惠
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;C23C24/10;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 北京恒創益佳知識產權代理事務所(普通合伙)11556
• 代理人: 宋華

技術領域

本發明涉及鈑金零件的漸進成形制作，尤其是側壁傾斜角度大的鈑金零件漸進成形制作。

背景技術

鈑金成形在在汽車和航空等制造業中應用廣泛。傳統的鈑金成形工藝是使用模具進行沖壓，使得制作周期較長，而且費用較高，比較適合用于大批量的零件生產。但在中小批量零件生產中，模具的制造費用將會使單個零件的費用有明顯的增加，而且在零件制造過程中有模具設計制造這一環節，所以很難快速的生產出設計者設計出的零件，對于用戶的個性化需求做出快速響應就更加困難。為了適應市場的需要，各種先進的鈑金成形方法不斷涌現出來，其中就包括漸進成形。

漸進成形技術又稱為無模成形技術，它是根據工件形狀的凡何信息，在數控設備上控制成形工具頭沿特定軌跡對板料進行局部的塑性加工，使板料逐漸成形為所需工件。漸進成形不需要專用的模具，重復性好，可控制金屬流動，能加工出形狀復雜的工件。對于多品種小批量產品具有較大的經濟價值和廣闊的發展前景。但是鈑金零件在漸進成形過程中側壁壁厚有減薄現象，且側壁傾斜角度越大，壁厚減薄越嚴重,整體厚度分布遵從余弦定理，如圖2所示。

發明內容

本發明的目的是：提供了一種基于3D打印與漸進成形技術的變壁厚鈑金零件加工方法與裝置。

本發明的技術方案如下：

一種基于3D打印與漸進成形技術的變壁厚鈑金零件加工裝置，包括漸進成形夾頭(1)、漸進成形工具頭(2)、激光束(3)和粉末噴頭(4)；粉末噴頭(4)在板料上需要增加壁厚或者成形過程中易變薄的地方噴涂粉末，激光束(3)用于使粉末熔覆在板料表面，增加材料厚度，對于零件不減薄或者不需要增加壁厚的區域，則不做送粉操作；同時激光束(3)還用于對材料表面進行加熱以利于塑性成形；漸進成形工具頭經過加熱區域，使材料成形。

所述的裝置，漸進成形工具頭(2)、激光束(3)和粉末噴頭(4)按照同一運動軌跡運動；其中，激光束(3)和粉末噴頭(4)同時運動，而漸進成形工具頭(2)的運動則稍滯后一定時間，以便激光熔覆的粉末與板料母體相融合，同時，應在板料加熱部分和熔覆的粉末溫度較高的時候進行漸進成形。

所述的裝置，激光束(3)的能量以可以使噴涂的粉末融化以及使板料表面與粉末結合的地方融化為宜，而不應使板料完全融化。

根據任一所述的裝置的變壁厚鈑金零件加工方法，包括以下步驟：

第1步：用漸進成形夾頭(1)將板料裝夾在漸進成形機床上；

第2步：對漸進成形工具頭(2)、激光束(3)和粉末噴頭(4)進行定位；

第3步：在數控設備上控制漸進成形工具頭(2)、激光束(3)和粉末噴頭(4)的運動，完成鈑金件的漸進成形，粉末噴頭4在板料上需要增加壁厚或者成形過程中易變薄的地方噴涂粉末，激光束(3)用于使粉末熔覆在板料表面，增加材料厚度，同時激光束(3)還用于對材料表面需要加熱的部位進行局部加熱以利于成形；隨后，漸進成形工具頭經過加熱區域，使材料成形；

第4步：松開漸進成形夾頭(1)，取出已成形的鈑金件。

所述的方法，選擇與零件材料相同或者不同的材料粉末進行噴涂。

所述的方法，控制粉末噴涂情況，在成形零件易變薄的側壁時，噴涂粉末，而在成形零件不易變薄的區域時，則不噴涂粉末；還可以根據零件所要求的壁厚，控制粉末噴涂量。

所述的方法，粉末的噴涂厚度在1-2mm。

所述的方法，所述的漸進成形工具頭(2)、激光束(3)和粉末噴頭(4)的運動速度，以及漸進成形工具頭(2)和激光束(3)、粉末噴頭(4)的運動時間間隔應該根據加工零件的形狀和材料進行相應的設定。

所述的方法，板料(5)厚度大于3mm，并在3-10mm之間。

本發明的有益效果是：本發明為一種結合激光同步送粉3D打印技術和漸進成形技術的變壁厚鈑金部件加工方法與裝置，根據實際生產要求，控制粉末噴頭的粉末噴涂位置和粉末噴涂量，以改善鈑金件在漸進成形中的壁厚減薄情況，滿足零件的壁厚要求。同時，激光在熔覆粉末時，產生的熱量會使附近的材料溫度升高，降低材料的變形抗力，增加材料的成形中所能達到的變形程度，減少回彈，提高零件的成形精度。本發明方法簡單可行，在航空、航天、汽車制造等工程領域具有重要的工程應用價值和明顯的經濟效益。

附圖說明

圖1是基于3D打印與漸進成形技術的變壁厚鈑金零件加工裝置的結構示意圖。

圖2是鈑金件漸進成形過程中的側壁壁厚減薄示意圖。

圖3是激光對板料進行局部加熱時板料的溫度變化示意圖。