本发明专利技术提供了一种激光辅助剪切的旋压装置及成形方法，包括旋压组件以及激光调节组件，所述激光调节组件包括激光器，所述激光器通过可调连接组件安装在旋压组件上，所述激光器用于照射被加工件并能够通过可调连接组件修正激光器在被加工件上的照射位置，所述旋压组件用于旋压加工被加工件，本发明专利技术结构设计精炼，激光热源精准输入，能应用多道次或一道次工艺实现小半锥角筒体旋压加工，解决了难变形金属小半锥角薄壁筒体难成形问题，与现有技术中仅确定板料激光加热周向位置相比，通过板料加热位置的径向和周向定位联合精确调控，可以实现拉弯区和剪切区同时加热，实现激光热源精确加载到全部变形区，实现了更好的成形加工效果。
【技术实现步骤摘要】
激光辅助剪切的旋压装置及成形方法
本专利技术涉及金属板旋压成形
，具体地，涉及一种激光辅助剪切的旋压装置及成形方法。
技术介绍
轻质合金锥形薄壁构件是航天航空器大量使用的一类典型产品，目前采用多道次剪切旋压工艺完成此类高精确等壁厚薄壁构件整体成形制造。多道次冷剪切旋压因产生严重的材料加工硬化，难变形轻质合金材料将产生破裂现象，导致加工失败，而中间穿插退火工序，将带来工艺链长、零件几何精度差、组织控制难等问题。剪切旋压加工是通过旋轮将力载荷施加到板料上某一点，在较小的局部区域内板料发生强烈的塑性流动，并且构件厚度遵循正弦规律，而其他区域均处非塑性状态而不发生流动，是一种典型的局部塑性变形。针对剪切旋压变形特点，局部加热、温度可控、能率高效的非接触热源是工程上渴求的加热方法。为此，近些年，激光辅助旋压工艺被提出，实现旋压过程薄板材料局部的高效加热。然而，现有激光旋压工艺存在明显不足：激光热源没有照射到最大拉伸变形区，缺少精准位置控制参数。为此，需要综合剪切旋压变形特点和激光热源本质，提出激光辅助剪切旋压的精准加热工艺方法和对应试验装置。综上所述，针对现有成形工艺存在的问题，提出一种面向薄板的激光辅助剪切旋压工艺方法和试验装置，实现小半锥角筒体的激光辅助剪切旋压成形，减少现有多道次剪切旋压方法，并实现小半锥角筒体一道次成形，实现薄壁筒体精准高效成形加工。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种激光辅助剪切的旋压装置及成形方法。根据本专利技术提供的一种激光辅助剪切的旋压装置，包括旋压组件以及激光调节组件；所述激光调节组件包括激光器，所述激光器通过可调连接组件安装在旋压组件上，其中，所述激光器用于照射被加工件并能够通过可调连接组件修正激光器在被加工件上的照射位置；所述旋压组件用于旋压加工被加工件。优选地，所述旋压组件包括支撑架，所述可调连接组件包括连杆结构以及移动组件；所述连杆结构的一端安装在支撑架上，所述移动组件连接连杆结构的另一端，所述激光器安装在移动组件上。优选地，所述移动组件包括基座以及连接板，所述基座上设置有滑槽，所述连接板匹配安装在滑槽中并能够在滑槽中通过手动调节方式或机器调节方式进行滑动，所述激光器安装在连接板上。优选地，所述移动组件还包括卡环以及凸台；所述凸台安装在基座上，所述卡环沿所述凸台的周向布置并以可拆卸的方式安装在基座上。优选地，所述连杆结构包括第一连杆、第二连杆以及调节件；所述调节件上设置有弧形通孔，所述第二连杆的一端连接支撑架，所述第二连杆的另一端与第一连杆的一端活动配合并能够相对转动，其中，所述第一连杆、第二连杆上分别设置有第一限位杆、第二限位杆，第一限位杆、第二限位杆分别延伸到弧形通孔中并能够在弧形通孔中滑动，所述第一限位杆、第二限位杆分别对第一连杆、第二连杆的相对转动限位，所述第一连杆的另一端安装在所述凸台上。根据本专利技术提供的一种激光辅助剪切的旋压成形方法，包括如下步骤：步骤S1：根据激光器参数、被加工件的几何特征以及材料热物理性能，设定旋压工艺参数，所述旋压工艺参数包括激光光斑半径Rj、激光输出功率Pj、芯模恒线速度V以及进给率f；步骤S2：根据旋压工艺参数，输出空间位置参数，进而确定激光器照射的空间位置，所述空间位置参数包括激光加热照射方向、激光照射点相对于旋压组件中旋轮作用点的位置；步骤S3：对被加工件进行预处理并安装，根据获得的空间位置参数对激光器进行空间定位，根据预设的旋压参数通过旋压组件与激光器的配合完成对被加工件的加工。优选地，所述步骤S1包括：步骤S11：根据给定剪切旋压材料厚径比，确定剪切旋压的进给率f；步骤S12：根据步骤S11的进给率f和旋轮圆角半径r，确定被加工件加热的激光光斑半径Rj；步骤S13：根据产品几何特征和激光器额定功率，确定剪切旋压的芯模恒线速度V；步骤S14：剪切旋压成形温度为Tf，根据Tf的1.0～1.2倍，确定剪切旋压的激光输出功率Pj。优选地，所述步骤S2包括：步骤S21：在被加工件上实施激光器照射加热，激光照射点与旋压组件中旋轮在被加工件上的加工点分别布置在被加工件相对的两侧；步骤S22：依据旋轮圆角半径r和产品的几何特征，确定被加工件拉弯区位置，并确定经过被加工件拉弯区内边界、外边界，使激光照射点径向位置Lr位于外边界上；步骤S23：根据被加工件的热物理性能，确定激光照射后被加工件的表面温度，基于旋轮作用点处于被加工件拉弯区外边界，沿芯模转动的反方向旋转角度θc，即为激光照射点的周向位置；步骤S24：根据被加工件拉弯区内边界、外边界，确定激光光斑大小，进一步确定出激光照射点的轴向位置Lz。优选地，所述步骤S3包括：步骤S31：对被加工件进行干燥并对被加工件激光照射的一侧进行黑化处理，使用尾顶将被加工件夹持在芯模上；步骤S32：依据导引激光，通过连杆结构的转动Zd、第二连杆与支撑架转动Zc粗调激光器照射点位置，通过移动组件与第一连杆的转动Zk和卡环转动Zh以及移动组件在第一连杆的移动Wk，实现激光照射点在坯料上精确定位；步骤S33：启动旋压机，绘制旋压轨迹，设置旋压工艺参数，执行旋压程序；在旋轮接触坯料之时，启动激光器，实施激光辅助剪切旋压加工；步骤S34：旋压轨迹执行完成后，关闭激光器出光，退出旋轮、松开尾顶、卸下被加工件。优选地，激光照射点的径向位置Lr为芯模轴心线与激光照射点光斑中心点之间的径向半径；激光照射点的周向位置θc为激光照射点与旋轮作用点的夹角；激光照射点的轴向位置Lz为激光头前端与被成形板料表面的垂直距离。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术结构设计精炼，激光热源精准输入，避免材料的严重加工硬化，能应用更少道次或一道次工艺实现小半锥角筒体旋压加工，解决了难变形金属小半锥角薄壁筒体难成形问题。2、本专利技术与现有的板料外侧激光加热方式相比，通过激光照射在板料内侧(非旋轮一侧)，可以最大化提高剪切旋压旋轮圆角拉伸变形区一侧的成形能力。3、本专利技术与现有技术中仅确定板料激光加热周向位置相比，通过板料加热位置的径向和周向定位联合精确调控，可以实现拉弯区和剪切区同时加热，实现激光热源精确加载到全部变形区，实现了更好的成形加工效果。4、本专利技术通过连杆结构以及移动组件组合装置和热源的定量输入，可简化剪切旋压试验装置复杂程度和工艺变量数量，有利于工程化应用，增加了装置的实用性。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的结构示意图；图2为连杆结构的结构示意图；图3为图2中M部位的结构放大示意图；图4为移动组件的结构示意图；图5为图5中A-A向的截面示意图；图6为图5中B-B向的截面示意图；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光辅助剪切的旋压装置，其特征在于，包括旋压组件以及激光调节组件；/n所述激光调节组件包括激光器(1)，所述激光器(1)通过可调连接组件安装在旋压组件上，其中，所述激光器(1)用于照射被加工件并能够通过可调连接组件修正激光器(1)在被加工件上的照射位置；/n所述旋压组件用于旋压加工被加工件(10)。/n
【技术特征摘要】
1.一种激光辅助剪切的旋压装置，其特征在于，包括旋压组件以及激光调节组件；
所述激光调节组件包括激光器(1)，所述激光器(1)通过可调连接组件安装在旋压组件上，其中，所述激光器(1)用于照射被加工件并能够通过可调连接组件修正激光器(1)在被加工件上的照射位置；
所述旋压组件用于旋压加工被加工件(10)。
2.根据权利要求1所述的激光辅助剪切的旋压装置，其特征在于，所述旋压组件包括支撑架，所述可调连接组件包括连杆结构以及移动组件；
所述连杆结构的一端安装在支撑架上，所述移动组件连接连杆结构的另一端，所述激光器(1)安装在移动组件上。
3.根据权利要求2所述的激光辅助剪切的旋压装置，其特征在于，所述移动组件包括基座(2)以及连接板(3)，所述基座(2)上设置有滑槽(4)，所述连接板(3)匹配安装在滑槽(4)中并能够在滑槽(4)中通过手动调节方式或机器调节方式进行滑动，所述激光器(1)安装在连接板(3)上。
4.根据权利要求3所述的激光辅助剪切的旋压装置，其特征在于，所述移动组件还包括卡环(5)以及凸台(6)；
所述凸台(6)安装在基座(2)上，所述卡环(5)沿所述凸台(6)的周向布置并以可拆卸的方式安装在基座(2)上。
5.根据权利要求2所述的激光辅助剪切的旋压装置，其特征在于，所述连杆结构包括第一连杆(7)、第二连杆(8)以及调节件(9)；
所述调节件(9)上设置有弧形通孔，所述第二连杆(8)的一端连接支撑架，所述第二连杆(8)的另一端与第一连杆(7)的一端活动配合并能够相对转动，其中，所述第一连杆(7)、第二连杆(8)上分别设置有第一限位杆、第二限位杆，第一限位杆、第二限位杆分别延伸到弧形通孔中并能够在弧形通孔中滑动，所述第一限位杆、第二限位杆分别对第一连杆(7)、第二连杆(8)的相对转动限位，所述第一连杆(7)的另一端安装在所述凸台(6)上。
6.一种激光辅助剪切的旋压成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：根据激光器(1)参数、被加工件的几何特征以及材料热物理性能，设定旋压工艺参数，所述旋压工艺参数包括激光光斑半径Rj、激光输出功率Pj、芯模恒线速度V以及进给率f；
步骤S2：根据旋压工艺参数，输出空间位置参数，进而确定激光器(1)照射的空间位置，所述空间位置参数包括激光加热照射方向、激光照射点相对于旋压组件中旋轮作用点(19)的位置；
步骤S3：对被加工件进行预处理并安装，根据获得的空间位置参数对激光器(1)进行空间定位，根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：于忠奇，王凤琪，周宇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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