[發(fā)明專利]一種閘刀開關(guān)刀夾座激光彎曲成形的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011129696.X
• 申請(qǐng)日: 2020-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN112427543B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王續(xù)躍;尤泉;孫濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B21D31/00
• 分類號(hào): B21D31/00;B21D37/16
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 隋秀文;溫福雪

本發(fā)明提出一種閘刀開關(guān)刀夾座激光彎曲成形的方法，可用于閘刀開關(guān)刀夾座的無(wú)模具的快速?gòu)澢尚巍Ｊ紫龋跍囟忍荻葯C(jī)理，激光對(duì)金屬板材進(jìn)行掃描時(shí)，激光掃描線區(qū)域會(huì)因?yàn)闇囟忍荻犬a(chǎn)生不均勻熱應(yīng)力,使得板材產(chǎn)生朝向激光束的彎曲，同時(shí)掃描區(qū)域產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力、應(yīng)變分布。其次，基于屈曲機(jī)理，對(duì)預(yù)彎曲的背面位置進(jìn)行激光掃描，受預(yù)彎曲產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、應(yīng)變影響，板材產(chǎn)生背向激光束的彎曲。激光成形刀夾座樣件時(shí)，通過改變激光參數(shù)以及各路徑激光掃描次數(shù),結(jié)合適當(dāng)?shù)穆窂揭?guī)劃可以實(shí)現(xiàn)不同尺寸、形狀刀夾座的高精度激光快速?gòu)澢尚巍?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬薄板激光彎曲成形領(lǐng)域，特別涉及一種基于溫度梯度機(jī)理對(duì)銅鋼層合板進(jìn)行正向彎曲，以及基于屈曲機(jī)理對(duì)預(yù)彎曲板材進(jìn)行激光反向彎曲成形的方法，具體為一種閘刀開關(guān)刀夾座激光彎曲成形的方法，根據(jù)刀夾座的幾何特征進(jìn)行路徑規(guī)劃，可用于實(shí)現(xiàn)閘刀開關(guān)刀夾座等封閉型工件的無(wú)模具柔性成形。

背景技術(shù)

閘刀開關(guān)刀夾座是一種固定刀片的零件，其形狀復(fù)雜，大批量制造時(shí)通常采用模具生產(chǎn)，設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)。相較于傳統(tǒng)模具加工方法，激光彎曲成形作為一種柔性、無(wú)模、無(wú)外力、非接觸的快速成形技術(shù)，其易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,易于對(duì)激光彎曲掃描路徑進(jìn)行柔性化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀直接彎曲成形，適合于單件、小批量生產(chǎn)，能夠有效降低模具制造成本。

屈曲機(jī)理的作用條件為：當(dāng)在激光離焦量高、激光輸出功率大、板材厚度較薄且板材熱導(dǎo)率較大條件下進(jìn)行板材激光彎曲時(shí)的彎曲機(jī)理為屈曲機(jī)理。加熱階段時(shí)，板材上表面激光掃描區(qū)先產(chǎn)生膨脹，使得板材產(chǎn)生背向激光光源的彎曲變形。由于厚度方向溫度梯度較小，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，材料屈服強(qiáng)度進(jìn)一步降低，導(dǎo)致板材激光掃描區(qū)發(fā)生屈曲變形，由于未被掃描區(qū)冷態(tài)材料仍處于彈性變形階段，使得板材反向彎曲角度進(jìn)一步增大且板材背面的塑性變形大于正面；冷卻階段時(shí)，激光掃描區(qū)上下表面均產(chǎn)生不同程度收縮，背面的收縮量大于正面板材激光掃描區(qū)收縮量，最終板材彎曲變形表現(xiàn)為反向彎曲。

溫度梯度機(jī)理的作用條件為：當(dāng)激光離焦量低光斑直徑小、掃描速度較快時(shí)，此時(shí)激光光斑能量密度高，滿足此條件進(jìn)行板材激光彎曲時(shí)即為溫度梯度機(jī)理。激光掃描時(shí)，由于溫度梯度大，板材上表面溫度遠(yuǎn)大于下表面，使得板材上表面熱膨脹大于下表面。冷卻階段時(shí)，板材激光掃描區(qū)溫度開始降低，板材上下表面溫度梯度減小，掃描區(qū)上表面材料體積開始產(chǎn)生較大的收縮，與此同時(shí)，板材下表面由于熱傳導(dǎo)的作用溫度開始升高，板材容易變形，使材料產(chǎn)生面向激光束且繞掃描線向上的最終彎曲。

文獻(xiàn)1“銅鋼復(fù)合材料爆焊生產(chǎn)方法及其應(yīng)用[J],胡文軍.機(jī)械工程師,1996,000(005):15-17.”介紹了用爆焊復(fù)合法制作銅鋼層合板的過程，實(shí)驗(yàn)及測(cè)定結(jié)果表明，用銅鋼復(fù)合材料制作閘刀開關(guān)等不僅使其剛度大增，壽命大大提高，而且節(jié)省銅材消耗約50％以上。銅鋼層合板經(jīng)過分離強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等測(cè)定，均符合要求，且其導(dǎo)電性能完全滿足用電要求。

文獻(xiàn)2“先金屬板材激光彎曲成形及其機(jī)理研究[D],郭為席,華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.”對(duì)金屬板材反向彎曲機(jī)理進(jìn)行了研究，認(rèn)為激光束的掃描速度和離焦量在激光反向彎曲過程中起著很重要的作用，而且激光束的掃描速度影響更甚，激光功率所起作用有限。通過激光參數(shù)的調(diào)整與多次裝夾，成功成形出盒形件、管形件。

文獻(xiàn)3“不銹鋼薄板激光誘導(dǎo)無(wú)模成形技術(shù)的研究[D],楊立軍,哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文,2007.”描述了盒體的成形過程。通過路徑規(guī)劃，在5條軌跡按順序掃描的情況下，對(duì)金屬薄板進(jìn)行多次掃描，形成盒體。

相比于模具成形，激光柔性彎曲成形刀夾座的方法能夠充分發(fā)揮激光制造柔性化特征，易于實(shí)現(xiàn)各種刀夾座的加工成形。在單件小批量研發(fā)試制時(shí)，能夠充分節(jié)約設(shè)計(jì)研發(fā)成本，加快封閉型工件的研發(fā)速度。

發(fā)明內(nèi)容