金属板料激光弯曲成形技术

2011.12.20•激光弯曲成形的背景•激光弯曲成形技术•金属板料激光弯曲成形机理•激光弯曲成形工艺的影响因素•激光弯曲成形的技术特点•金属板料激光成形的分类•金属板料激光弯曲成形应用材料加工主要方向：液态金属加工（铸造）固态金属塑性加工（锻压、板料冲压）固态金属连接加工（焊接）金属板料模具弯曲成形工艺遇到的问题：制造成本高、加工周期长，不适合于大批量生产；存在磨损，易产生回弹、精度不高；应用范围有限，对材料力学性能有高要求。激光的产生与应用：随着激光技术的发展，特别是大功率工业激光器制造技术的日益成熟，激光作为一种“万能”的工具，已应用于材料的切割、打孔、焊接、表面改性处理和弯曲变形等领域激光弯曲成形技术是一种利用高能激光束扫描板料表面，产生不均匀温度场，诱发热应力使板料产生塑性变形的新型加工工艺。激光弯曲成形系统图基本原理：如左下图中所示，在激光照射的区域与未照射到的区域形成了极不均匀的温度场，这样，产生的热应力就会强迫金属材料发生不均匀的变形。当金属内部的热应力超过材料的屈服极限时，材料就会发生塑性变形。激光弯曲成形系统示意图成形过程:•板料被照射的各部位依次经历加热和冷却两个阶段，加热阶段产生反向弯曲，冷却阶段将产生正向弯曲，正反向弯曲变形的角度即为激光束一次扫描所形成的角度。激光弯曲成形过程示意图根据金属板料激光成形过程中的工艺条件和所成形的温度场分布的不同，可以将成形机理分为：•温度梯度机理•屈曲机理•增厚机理当金属板料的一侧受到激光的照射时，在照射区域的厚度方向会产生很大的温度梯度.由于温度的不同，在靠近光源的区域金属材料容易受热产生膨胀变形，使板料弯向反向区域。在冷却时，使板料弯向靠近光源的方向。特点：激光功率高，光斑直径小，扫描速度快，温度梯度大，应用最为广泛。如果加热区过大，材料的热传导率高且厚度过小时，在板料厚度方向上的温度梯度就会很小，由于周围材料的约束会使加热区板料产生压应力；当压应力超过材料的屈服应力时，加热区的材料产生局部失稳，产生弯曲，在进行冷却时，周围材料对变形区的约束力减小，从而使板料产生更大的弯曲变形。特点：光斑直径较大、功率较高，板厚小，材料导热系数高，厚向温度梯度小，发生反向弯曲。加热区的材料受热膨胀后，由于受到周围材料的约束，所以在厚度方向上材料就会产生较高的内部压应力使材料堆积，这样就会使材料厚度方向增加而长度或宽度减少，在冷却过程中，加热区的材料不能恢复从而产生增厚。通过选择正确的加热路径，可以实现零件的加工。特点：光斑直径接近于材料厚度，厚向温度梯度小，横向温度梯度大，材料发生堆积墩粗。1.激光功率对弯曲角度的影响(d=4mm,v=25mm/s,n=1,)(在板料加热温度未达熔点前)2.扫描速度对弯曲角度的影响(P=1000W,d=4mm,n=1)3.光斑直径对弯曲角度的影响(P=1000W,v=25mm/s,n=1)4.扫描次数对弯曲角度的影响(P=1000W,d=4mm,v=25mm/s,t=200s)优点：金属板料激光成形技术是一种无模具成形技术，与传统模具加工的方法相比，其主要特点和优点是：1)工艺装备简单，无需成形模具，只需简单的夹具；2)加工的柔性大，准备周期短，固定投资少；3)克服了利用冲压模具使板料变形产生有害拉应力的缺点，提高了零件抗疲劳、抗腐蚀、抗变形的性能；4)激光参数精确可控，激光参数具有连续性，重复性，成形精确；5)可对变厚度的板料进行成形，而且成形的零件光洁、工艺可靠；6)无噪声，无污染。•缺点：•1)设备制造成本高；•2)工艺受多重因素影响，弯曲变形结果可控性差，局部易出现变形“不同步”现象，产品一致性不好。b单侧夹持的激光成形过程1.V形件激光弯曲成形过程金属板料激光成形可以分为四种，分别为：V形、柱面形、球面圆顶及方管弯曲成形。a直接在工作台上的板料激光成形2.柱面件的激光成形(a)沿同心圆扫描;(b)沿正交垂线扫描;(c)沿径向等长扫描;(d)沿径向不等长扫描3.球面圆顶件激光成形时的扫描路径4.方管的激光弯曲成形•应用于重工业•应用于模具成型•应用于生活用品制造•应用于不规则形状的成型•应用于通风送粉等物流管道激光弯曲成形技术是一种新型的无模具、无外力的非接触式热态积累成形技术，具有生产周期短、柔性大、精度高、洁净无污染等特性，并能成形常温下难以变形的材料。激光技术的快速发展和广泛应用，必将促成激光加工成本的降低，同时可实现激光弯曲成形与切割、打孔、焊接等激光加工工序的复合化，在各个工业领域中得到越来越普遍的应用。参考文献•[1]王傲冰.板材激光弯曲成形规律的研究[J].邢台职业技术学院学报,2007,(01).•[2]张杰刚,陈明和.板料激光成形技术[J].热加工工艺(铸锻版),2006,(04).•[3]裴继斌,张立文,王存山,董闯.厚钢板激光多次扫描弯曲成形的研究[J].中国机械工程,2007,(12).•[4]梁伟文.金属薄板激光弯曲成形的工艺参数研究[J].现代制造工程,2005,(09).•[5]张立文,钟琦,吕波,裴继斌,张国梁.板材激光弯曲成形技术的研究进展及其应用前景[J].新技术新工艺,2005,(03).