[发明专利]一种金属板料多自由度激光加热渐进成形设备及成形工艺

说明书

本发明公开了一种板料多自由度激光加热渐进成形设备及成形工艺，涉及金属材料热加工装备制造及热塑性成形工艺技术领域。多自由度激光加热渐进成形装置包括：成形系统、加热系统、气体保护系统以及控制系统。成形系统包括成形工具头以及金属板料夹具，用于对金属板料进行外形加工；加热系统包括激光加热头、准直镜、激光输入光纤等，用于对板料进行加热；气体保护系统包括保护气以及喷嘴，用于对板料加热区域进行保护防止其被空气氧化。控制系统用于控制搭载激光加热头以及保护气体喷嘴的机械臂与成形工具头之间的相对运动位置，使得板料的成形区域保持一个合适的温度，提高板料的成形极限以及改善成形件的表面质量。

技术领域

本发明公开了一种金属板料多自由度激光加热渐进成形设备及成形工艺，涉及金属板料热加工装备制造及热塑性成形工艺技术领域。

背景技术

渐进成形一种计算机辅助无模柔性加工技术，相比较于传统的模具加工成形具有成本低、周期短以及高柔性等优势。但对于一些常温下塑性较差的板料则需要更大的成形力，工具头与板料之间会产生切削效果，加工完之后成形件表面质量较差。为了提高金属板料的塑性，需对板料进行加热。目前渐进成形过程中对板料加热方式主要有两种：工具头自加热和激光加热。工具头自加热的加热效果有限，对于温度要求较高的板料加热会受到限制。激光加热可以调节功率大小以适应不同厚度不同材料的板料加热要求，此外其所能达到的加热温度能够使金属产生相变，有利于提高渐进成形后零件的整体力学性能。

目前渐进成形领域中所采用的激光加热装置大多固定在成形设备主轴上，与成形工具头保持相对静止，激光加热点与工具头顶端保持一定距离，起到提前加热板料的作用。由于激光束与工具头之间存在一个夹角，当此夹角度数超过工具头与板料接触位置切线夹角时，激光束将与板料发生干涉，无法为待成形区域加热。此外，也有将工具头中间加工成空洞，使激光束穿过空洞对板料代加工区域加热，但此方法会降低工具头强度以及刚度，当工具头在成形过程中发生弯曲时会导致激光束无法照射到板料表面，影响板料渐进成形质量。

已公开中国发明专利，申请号CN201110247884.7，专利名称：基于激光辅助加热的超高压水射流板材渐进加工喷头及其应用，申请日： 20110824，本发明涉及一种金属板材成型技术领域的基于激光辅助加热的超高压水射流板材渐进加工喷头及其应用，该喷头包括：下套筒、喷嘴、中套筒、激光输出装置和上套筒，其中：下套筒、喷嘴、中套筒与上套筒依次连接，上套筒为双层结构，激光输出装置固定于上套筒内且输出光轴正对喷嘴。本发明能够对难成形材料，如钛合金进行渐进成形或切割。

发明内容

本发明公开一种金属板料多自由度激光加热渐进成形设备及成形工艺，提高板料的渐进成形性能及改善加工件表面质量。本发明提出一种金属板料多自由度激光加热渐进成形设备及成形工艺，包括成形单元、加热单元、固定单元、气体保护单元以及控制单元，所述成形单元和加热单元分别设置在固定单元两侧，所述成形单元上连接有控制系统，成形单元包括渐进成形机床主轴1以及成形工具头2，所述加热单元上连接有控制单元，所述加热单元包括连接装置6、激光输入光纤8、激光准直镜5和激光加热头4，安装在所述渐进成形机床主轴1上的成形工具头2和通过所述连接装置6安装在机械臂7上的激光加热头4分别垂直设置在金属板料12的两侧。

优选的，固定单元包括一号夹板10和二号夹板11，所述金属板料12的四周通过一号夹板10和二号夹板11固定。

优选的，一号夹板10和二号夹板11相对平行设置。

优选的，激光加热头4靠近金属板料12的一侧上安装有保护气体喷嘴3形成气体保护单元。

优选的，保护气体喷嘴3设置在激光加热头4的四周。

优选的，控制单元分别连接相对运动的所述成形机床主轴1和机械臂7。

优选的，激光加热头4与机械臂7之间设置有激光准直镜5，所述激光加热头4上安装有气体保护单元，所述激光准直镜5通过激光输入光纤8与激光发生器相连。