一种微细波纹板激光弯曲成形装置及方法

1.本发明涉及金属板材激光弯曲成形领域，尤其涉及一种微细波纹 板激光弯曲成形装置及方法。


背景技术：

2.通常的波纹板的制作由于涉及到弯曲工艺，通常借助定制模具压 制成形。但是设计和制造模具的成本较高且生产周期过长，特别是一 些生产批量较小且形状复杂的零件，成形的经济成本过高而且也难以 确保成形质量。激光弯曲成形技术是一种无模弯曲成形技术，因为当 扫描速度快时，其在温度梯度起主导的作用的情况下会发生面向激光 束的正向弯曲的特点，并且通过该技术生产周期短、制造成本低且弯 曲成形后板件质量高的特点，该技术自20世纪80年代起就引起了国 内外众多学者的注意。此外，振镜式激光加工系统因为其光斑直径小， 扫描速度快和工作距离大的特点，使得温度梯度对于弯曲成形的弯曲 更明显。由于激光弯曲成形过程中会出现“边缘效应”的现象，即激 光束在加热路径上温度及板内约束的非均匀化分布，使得单道扫描后 的金属表面的弯曲角在板件中部大，板件两边小。


技术实现要素：

3.为克服上述问题，本发明提供一种微细波纹板激光弯曲成形装置 及方法。
4.本发明采用的技术方案是：一种微细波纹板激光弯曲成形装置， 包括工作台，工作台上设有二维移动台，二维移动台上通过紧固螺栓 连接有机床分度头基座；机床分度头基座顶部水平穿设有主轴，主轴 的左端伸出机床分度头基座外并与转动手柄相连，主轴的右端延伸出 机床分度头基座外的外壁上连接有外分度盘，外分度盘能随主轴转动； 主轴的右端头通过连接装置与三爪卡盘相连；内分度盘为半圆环状， 外分度盘为圆环状，内分度盘、外分度盘上沿周向均布有若干定位孔；
5.所述三爪卡盘内夹持有平板夹具，平板夹具包括平板上夹具和平 板下夹具，平板上夹具和平板下夹具的夹持面为平面；平板上夹具和 平板下夹具之间夹持有待加工金属板，待加工金属板的正上方设有振 镜式激光加工系统中的场镜，平板上夹具和平板下夹具通过第一销和 第二销固定连接；
6.还包括水平仪，水平仪设置在平板夹具上，水平仪用于检测平板 上夹具和平板下夹具的夹持面是否平行于水平面；当所述夹持面平行 于水平面时，即待加工金属板处于水平状态时，内分度盘、外分度盘 上的相对应的定位孔内设有插销，通过插销固定主轴与机床分度头基 座的相对位置。优选地，所述二维移动台包括x轴位移台和y轴位移 台，x轴位移台和y轴位移台水平设置，且均为千分尺位移台。
7.本发明的第二个方面提供一种微细波纹板激光弯曲成形装置的 加工方法，包括以下步骤：
8.步骤1，将金属板去应力回火后，裁剪成预设尺寸大小的待加工 金属板，将待加工
金属板清理干净并用砂纸打磨去除表面氧化膜，预 留装夹距离l0；
9.步骤2，在待加工金属板长度为l-l0的距离内，即待加工金属板 的加工区域内；沿长度方向等距离划好沿宽度方向延伸的正面扫描路 径和反面扫描路径，正面扫描路径位于待加工金属板的正面，反面扫 描路径位于待加工金属板的反面，正面扫描路径和反面扫描路径交错 设置，对正面扫描路径和反面扫描路径按照正反面依次排序；在正面 扫描路径和反面扫描路径的两端涂覆炭黑涂层，两端涂覆炭黑涂层的 涂覆长度相等，涂覆长度为待加工金属板宽度的1/4～1/3，得到处理 好并规划好扫描路径和炭黑涂层的金属板；
10.步骤3，将处理好并规划好扫描路径和炭黑涂层的金属板装夹到 平板夹具上调整好手柄，使金属板处于水平状态；按照所需的金属板 弯曲角度调整激光器的加工参数，所述加工参数包括激光器功率、扫 描速度、扫描次数，激光器按照步骤2中正面扫描路径和反面扫描路 径的排序依次进行扫描；
11.步骤4，激光器单道扫描路径扫描结束后，待金属板冷却至室温 时，通过手柄对金属板翻面，控制二维移动台继续进行下一次扫描， 激光器在每次扫描时保持同一个扫描方向；
12.步骤5，全部扫描结束后，取下加工好的金属板并将提前预留的 l0长度的未加工区域切除。
13.优选地，所述步骤4中，激光器单道扫描路径扫描结束后，测量 所述金属板的弯曲方向上各个位置的弯曲角度大小，并与预设的弯曲 角度进行比较，优化所述加工参数。
14.优选地，所述待加工的金属板宽度小于等于平板夹具的宽度，或 不超过平板夹具宽度的30％～50％，待加工的金属板长度在金属板的 可弯曲范围内；待加工的金属板的加工区域的长宽比的范围在1～2内。
15.本发明的有益效果是：工艺简单，无需模具即可实现中小尺寸的 等间距微细波纹板的精确成形，并且减少金属板在激光器正反扫描时 来回的装夹次数。对金属板简单的预处理可以尽可能降低激光弯曲成 形时的“边缘效应”，能够实现一定的经济和社会效益。
附图说明
16.图1是振镜式激光弯曲成形微细波纹板的装置的整体结构示意 图；
17.图2是振镜式激光弯曲成形微细波纹板内外分度盘和与内外分 度盘相连的插销的局部结构示意图；
18.图3是平板夹具的局部结构示意图；
19.图4是金属板正面(装夹朝上的一侧)的扫描路径与炭黑层涂覆 位置示意图；
20.图5是金属板反面(装夹朝下的一侧)的扫描路径与炭黑层涂覆 位置示意图。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动 前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、
ꢀ“
下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或 位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发 明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的 方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不 能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是 固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接， 也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以 具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.参照附图，一种微细波纹板激光弯曲成形装置，包括工作台1， 工作台1上设有二维移动台，所述二维移动台包括x轴位移台3和y 轴位移台2，x轴位移台3和y轴位移台2水平设置，且均为千分尺 位移台，通过手动旋转千分尺来驱动位移台移动。
25.二维移动台上通过紧固螺栓14连接有机床分度头基座4；机床 分度头基座4顶部水平穿设有主轴，主轴的左端伸出机床分度头基座 4外与转动手柄5相连，主轴的右端延伸出机床分度头基座4外的外 壁上连接有外分度盘7，外分度盘7能随主轴转动；主轴的右端头通 过连接装置9与三爪卡盘10相连；内分度盘6为半圆环状，外分度 盘7为圆环状，内分度盘6、外分度盘7上沿周向均布有若干定位孔；
26.所述三爪卡盘10内夹持有平板夹具11，平板夹具11包括平板 上夹具1102和平板下夹具1101，平板上夹具1102和平板下夹具1101 的夹持面为平面；平板上夹具1102和平板下夹具1101之间夹持有待 加工金属板12，待加工金属板12的正上方设有振镜式激光加工系统 中的场镜13，平板上夹具1102和平板下夹具1101通过第一销1103 和第二销1104固定连接。
27.还包括水平仪，水平仪设置在平板夹具11上，水平仪用于检测 平板上夹具1102和平板下夹具1101的夹持面是否平行于水平面；当 所述夹持面平行于水平面时，即待加工金属板12处于水平状态时， 内分度盘6、外分度盘7上的相对应的定位孔内设有插销8，通过插 销8固定主轴与机床分度头基座4的相对位置。此外，在激光弯曲成 形制造波纹板前可采用水平仪进行预校准，确定内外分度盘的正反水 平额插销8卡位，实现平板夹具11一次校准多次使用。
28.本发明第二实施例提供的激光弯曲成形制造波纹板的方法包括 如下几个步骤：本实施例中，待加工板件12为30
×
30
×
0.5mm(长
×ꢀ
宽
×
厚)的304不锈钢薄板。
29.[步骤1]将待加工的金属板裁剪，并对正反表面进行洁净、 干燥和打磨除氧化层等预处理，预留10mm的装夹距离l0。
[0030]
[步骤2]按图4和图5所示的方式等距离划好沿金属板宽度 方向的正反扫描路径，同类型虚线为该面上的实际扫描路径，正 反面交错设置。并在扫描路径两端约为板宽1/4～1/3的长度方面 涂覆炭黑涂层(金属板正反面交替涂覆)，两侧的涂覆长度均相等， 约为板宽的1/4～1/3，以避免出现“边界效应”，提高板材成形质 量。同时保证金属板的宽度应小于夹具宽度，并且长度应在薄板 可弯曲的范围内，板件加工区域的长宽比应保持在1～2内，以保 证金属板可被弯曲；图中箭头方向为激光束扫描方向，扫描线旁 的数字为激光束的扫描次序。
[0031]
[步骤3]将处理好并规划好路径和炭黑涂层的金属板件装夹 到平板夹具11上调整好手柄5，使金属板处于水平状态，开始加 工。扫描长度为30mm，金属板的弯曲角度按需调整激光器的相 关参数(包括激光器功率、扫描速度、扫描次数)进行设置，使 每次激光器工作后金属板的成形角度保持一致；例如设置激光器 功率为250w，扫描速度为50mm/s，光斑直径为0.125mm。
[0032]
[步骤4]激光器单道扫描结束后，使金属板冷却至室温时方 可通过手柄翻转波纹板(即待加工金属板)同时控制x和y方向 上的移动平台在反面继续扫描，且工作时，所述激光器工作在不 同路径时始终保持在是一个扫描方向。优选地，在每道扫描结束 后，测量所述金属板的弯曲方向上各个位置的弯曲角度大小，并 与理想的弯曲角度进行比较，进一步优化所述加工参数。
[0033]
[步骤5]全部扫描结束后，取下加工好的波纹板并将提前预 留的l0长度的未加工区域切除。
[0034]
综上所述，根据激光弯曲成形中待加工的金属板件出现的“边缘 效应”的表现特点，本发明第二实施例提供的在待加工板件扫描路径 两端涂覆炭黑层可以减小金属板各位置激光弯曲的角度的不均现象， 从而避免出现“边缘效应”，进而提高板材成形质量。
[0035]
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列 举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式， 本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想 到的等同技术手段。