一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法技术

一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法，涉及一种合金薄板成形工艺方法，所述方法利用铝合金薄板及光纤激光设备，以KUKA机器人为执行机构，采用手工编程，通过基础实验，分析各成形工艺参数的激光功率、扫描速度、扫描次数和扫描方式对激光弯曲角度的影响；以实验数据作为训练样本，基于BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲工艺参数的激光功率、扫描速度和扫描次数及成形角度进行预测；该方法通过具体实验及BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲过程中的工艺参数及弯曲角度进行预测，根绝预测结果设置弯曲过程中的相关参数，对板材激光弯曲成形过程有指导作用。

Laser bending forming process for aluminium alloy sheet

The forming method of a laser Aluminum Alloy bending plate, relates to a process for alloy sheet forming, the method using Aluminum Alloy sheet and fiber laser device, KUKA robot, using manual programming, based on experiments, analysis of the influence of laser power, the forming process parameters of scanning speed, scanning times and scanning the way of laser bending angle; the experimental data as the training samples, laser power, BP neural network on the sheet laser bending process parameters Aluminum Alloy scanning speed and scanning times and forming angle prediction based on; the method through experiments and BP neural network to process parameters of laser bending process of thin plate in bending and Aluminum Alloy the angle is predicted, according to prediction results of related parameters in the process of bending, it refers to the laser bending process Guiding effect.

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法
本专利技术涉及一种合金薄板成形工艺方法，特别是涉及一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法。
技术介绍
激光弯曲成形技术是一个新兴的技术，在20世纪80年代已经被提出来，由于其生产周期短，精度高，无模制造的加工特点，使其正日益引起板材加工业的关注。利用激光进行板材加工变形时，具有很大的灵活性，只需要设计激光的扫描轨迹和加工参数就可以获得所需形状的工件。对于生产结构复杂且小批量生产的工件运用激光弯曲技术具有传统板材加工方法所无可比拟的优势：（1）无模制造，节省模具制造费用，生产周期短，对于单件或是小批量的产品生产尤为适用。（2）激光加工过程中，板材是无载荷加工，因为激光扫描会使板材在激光加工的竖直方向产生温度梯度，因此板材内部会形成非均匀应力场，最终实现板材的弯曲成形，通过此种方法加工板材，最终板材不会产生回弹现象。（3）激光弯曲是通过热态累积使板材逐渐弯曲成形的柔性制造技术，所以对于一些硬而脆的材料也适用。（4）激光加工的灵活性高，可进行非接触式加工，适用于一些结构复杂或受空间限制难以移动或靠近的机器或工件。（5）激光加工可以进行成形、切割、焊接等多工序、同工位复合化加工。到目前为止国内外众多学者已经在金属板材的激光弯曲成形机理、激光弯曲成形过程的有限元模拟以及影响板材激光弯曲成形角度的影响因素等方面都取得了一定成果。可是研究仍处于初级阶段，但其潜在的使用价值是巨大的，对于在汽车业、船舶制造业、精密仪表行业以及航空领域都具有巨大的发展空间。将激光弯曲技术应用到铝合金板材的弯曲成形领域不仅可以解决复杂结构板材成形困难的问题。从材料方面看，铝合金材料质量轻盈，强度较高，加工成型性能好和具有抗腐蚀的优点使其在工业生产中的应用前景十分广阔。并且铝合金材料具有较高的回收利用率，可达80%以上，综合铝及铝合金的成本、机械性能、确定了铝及铝合金材料在工业生产中的应用优势。将激光弯曲技术应用到铝合金板材弯曲成形，对产品的更新和生产具有巨大意义。但如何对铝合金板材激光弯曲过程进行很好的干预，进而预测其成形角度，直接决定其弯曲成形的效果。实际成形过程中，影响弯曲效果的因素很多，见图1。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法，该方法通过实验及BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲过程中的工艺参数及弯曲角度进行预测，根绝预测结果设置弯曲过程中的相关参数，对板材激光弯曲成形过程有指导作用。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法，所述方法利用铝合金薄板及光纤激光设备，以KUKA机器人为执行机构，采用手工编程，通过基础实验，分析各成形工艺参数的激光功率、扫描速度、扫描次数和扫描方式对激光弯曲角度的影响；以实验数据作为训练样本，基于BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲工艺参数的激光功率、扫描速度和扫描次数及成形角度进行预测；包括以下步骤：1）选用铝合金薄板，采用激光脉冲；选取薄板样件夹具夹持；进行激光加工之前，对薄板加工表面打磨处理以去除薄板表面的氧化膜，再对加工表面用丙酮进行清洗去除表面杂质；经过打磨后，加工部位比较光亮，表面对激光能量的吸收率有所下降，为了增加加工表面对激光能量的吸收效率，激光扫描轨迹进行涂黑；2）采用光纤激光器，为光纤振荡产生激光并采用光纤耦合输出；经聚焦头中光束进行整形和聚焦；然后将聚焦头集成到KUKA机器人系统上，通过机器人x，y，z三个方向的移动，实现光束的柔性加工；3）选取扫描速度、扫描次数加工样件，分析激光功率对弯曲角度的影响；分别选取激光功率为450W和500W，扫描次数为5次加工样件，在扫描次数相同的情况下，扫描速度的变化范围为10mm/s～20mm/s，分析扫描速度对弯曲角度的影响；4）选取激光功率分别为450W和500W，扫描速度均为10mm/s加工样件，通过改变扫描次数分析其对弯曲角度的影响；在相同的激光功率、扫描次数和扫描速度的情况下，变换扫描方式，分析其对弯曲角度的影响；5）收集实验数据作为训练样本，基于BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲工艺参数，激光功率、扫描速度和扫描次数及成形角度进行预测。所述的一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法，所述薄板一端被夹具固定在工作台上，一端处于悬空自由状态，激光束位于薄板长度方向的中间位置，沿薄板宽度方向进行扫描。所述的一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法，所述扫描方式为连续式扫描和间歇式扫描。本专利技术的优点与效果是：本专利技术提供了一种有效、可靠的工艺方法，该方法通过具体实验及BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲过程中的工艺参数及弯曲角度进行预测，根绝预测结果设置弯曲过程中的相关参数，对板材激光弯曲成形过程有指导作用。附图说明图1为现有影响板材激光成形的主要因素；图2为本专利技术激光弯曲成形过程原理图；图3为本专利技术BP神经网络激光功率预测结构图；图4为本专利技术BP神经网络扫描次数预测结构图。具体实施方式下面结合附图所示实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺参数和成形角度的预测方法，利用6061系铝合金薄板及3000瓦光纤激光设备，以KUKA机器人为执行机构，采用手工编程，通过多次基础实验，分析各个成形工艺参数（激光功率、扫描速度、扫描次数和扫描方式）对激光弯曲角度的影响；然后以实验数据作为训练样本，基于BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲工艺参数（激光功率、扫描速度和扫描次数）及成形角度进行预测。1.通过多次激光弯曲实验，分析铝合金薄板激光弯曲成形时各个工艺参数如激光功率、激光扫描速度、扫描次数、扫描方式等对弯曲角度的影响。（1）选用6061系铝合金薄板（材料成分见表1）进行实验，表1铝合金6061的化学成分(wt%)采用激光频率为50Hz，脉冲宽度为2ms，薄板和激光参数见表2。表2板材激光弯曲试验参数选取薄板样件尺寸为100mm×30mm×3mm，夹具夹持长度10mm。进行激光加工之前，对薄板加工表面打磨处理以去除薄板表面的氧化膜，再对加工表面用丙酮进行清洗去除表面杂质。经过打磨后，加工部位比较光亮，表面对激光能量的吸收率有所下降，为了增加加工表面对激光能量的吸收效率，激光扫描轨迹进行涂黑。实验过程中，薄板一端被夹具固定在工作台上，一端处于悬空自由状态，激光束位于薄板长度方向的中间位置，沿薄板宽度方向进行扫描，具体加工原理如图2所示。图2中：1-夹持器2-激光发射器3-薄板4-扫描方向。（2）实验采用德国IPG激光公司生产的3000W光纤激光器，为光纤振荡产生激光并采用光纤耦合输出；经聚焦头中光束进行整形和聚焦；然后将聚焦头集成到KUKA机器人系统上，通过机器人x，y，z三个方向的移动，实现光束的柔性加工。激光器主要性能参数如下：光纤激光器型号：YLR-3000额定输出功率：3000W功率稳定性：小于2%激光波长：1070～1080nm输出模式：输出多模输出方式：连续或脉冲激光头移动速度：1～1000mm/s准直焦距（Fc）：100，150mm聚焦焦距（Ff）：200，250，300mm光斑直径：0.6～6mm光束质量：4.5mm*mrad工作光纤芯径和长度：800×806×1186采用以上实验设备，针对表2数据进行实验，所得数据如表3所示。表3实验结果（本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法，其特征在于，所述方法利用铝合金薄板及光纤激光设备，以KUKA机器人为执行机构，采用手工编程，通过基础实验，分析各成形工艺参数的激光功率、扫描速度、扫描次数和扫描方式对激光弯曲角度的影响；以实验数据作为训练样本，基于BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲工艺参数的激光功率、扫描速度和扫描次数及成形角度进行预测；包括以下步骤：1）选用铝合金薄板，采用激光脉冲；选取薄板样件夹具夹持；进行激光加工之前，对薄板加工表面打磨处理以去除薄板表面的氧化膜，再对加工表面用丙酮进行清洗去除表面杂质；经过打磨后，加工部位比较光亮，表面对激光能量的吸收率有所下降，为了增加加工表面对激光能量的吸收效率，激光扫描轨迹进行涂黑；2）采用光纤激光器，为光纤振荡产生激光并采用光纤耦合输出；经聚焦头中光束进行整形和聚焦；然后将聚焦头集成到KUKA机器人系统上，通过机器人x，y，z三个方向的移动，实现光束的柔性加工；3）选取扫描速度、扫描次数加工样件，分析激光功率对弯曲角度的影响；分别选取激光功率为450W和500W，扫描次数为5次加工样件，在扫描次数相同的情况下，扫描速度的变化范围为10mm/s～20mm/s，分析扫描速度对弯曲角度的影响；4）选取激光功率分别为450W和500W，扫描速度均为10mm/s加工样件，通过改变扫描次数分析其对弯曲角度的影响；在相同的激光功率、扫描次数和扫描速度的情况下，变换扫描方式，分析其对弯曲角度的影响；5）收集实验数据作为训练样本，基于BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲工艺参数，激光功率、扫描速度和扫描次数及成形角度进行预测。...

【技术特征摘要】
1.一种铝合金薄板激光弯曲成形工艺方法，其特征在于，所述方法利用铝合金薄板及光纤激光设备，以KUKA机器人为执行机构，采用手工编程，通过基础实验，分析各成形工艺参数的激光功率、扫描速度、扫描次数和扫描方式对激光弯曲角度的影响；以实验数据作为训练样本，基于BP神经网络对铝合金薄板激光弯曲工艺参数的激光功率、扫描速度和扫描次数及成形角度进行预测；包括以下步骤：1）选用铝合金薄板，采用激光脉冲；选取薄板样件夹具夹持；进行激光加工之前，对薄板加工表面打磨处理以去除薄板表面的氧化膜，再对加工表面用丙酮进行清洗去除表面杂质；经过打磨后，加工部位比较光亮，表面对激光能量的吸收率有所下降，为了增加加工表面对激光能量的吸收效率，激光扫描轨迹进行涂黑；2）采用光纤激光器，为光纤振荡产生激光并采用光纤耦合输出；经聚焦头中光束进行整形和聚焦；然后将聚焦头集成到KUKA机器人系统上，通过机器人x，y，z三个方向的移动，实现光束的柔性加工；3）选取扫描...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚芳萍，李金华，苏智超，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21