專利名稱：一種泡沫鋁夾芯板的彎曲成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料成形方法，具體涉及一種用于泡沫鋁夾芯板的彎曲成形方法。
背景技術(shù)：
泡沫鋁是在純鋁或鋁合金中加入添加劑后，經(jīng)過(guò)發(fā)泡工藝而成，同時(shí)兼有金屬和氣泡特征。泡沫鋁具有優(yōu)異的物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能以及可回收性，使其在當(dāng)今的材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，是很有開(kāi)發(fā)前途的工程材料。泡沫鋁夾芯板(AFS)是在泡沫鋁的兩側(cè)表面復(fù)合金屬面板所構(gòu)成的一種板材，在汽車工業(yè)、車床業(yè)、航空航天、輪船、軌道運(yùn)輸業(yè)以及建筑業(yè)都有非常廣闊的應(yīng)用前景。但 是，目前能直接制備出來(lái)的都是泡沫鋁夾芯板的板材，而在一些應(yīng)用場(chǎng)合中，無(wú)論是采用簡(jiǎn) 單形狀還是復(fù)雜形狀的泡沫鋁結(jié)構(gòu)，都不能直接使用板材，需要通過(guò)成形來(lái)滿足應(yīng)用需求。傳統(tǒng)的成形均采用沖壓加工成形，而沖壓成形不僅需要考慮板面金屬和泡沫鋁之間大變形時(shí)不同的屈服特征、泡孔結(jié)構(gòu)變化對(duì)結(jié)構(gòu)件物理性能的影響，使AFS板材沖壓成形變得非常復(fù)雜，極易產(chǎn)生成形缺陷。因此急需一種成形方法來(lái)滿足泡沫鋁夾芯板的應(yīng)用需求。激光彎曲成形是通過(guò)激光輻照特定區(qū)域和路徑產(chǎn)生非均勻加熱誘發(fā)熱應(yīng)力而導(dǎo)致彎曲進(jìn)行成形的一種新工藝，它不需要模具和外力。雖然這種工藝成形過(guò)程是漸進(jìn)成形的，但在局部也能形成復(fù)雜的形狀。因此，近幾年激光彎曲成形受到廣泛的關(guān)注。激光彎曲成形后不產(chǎn)生反彈，且激光能量精確可控，故可進(jìn)行精確的激光彎曲成形，特別適用于冷加工難以成形的硬且脆，或剛性大的金屬材料。例如，中國(guó)發(fā)明專利CA101332536A公開(kāi)了一種薄壁管的激光彎曲成形方法，將兩束激光作用于薄壁管上，其中第一激光束用于薄壁管的加熱，使薄壁管軟化，并在管壁厚度方向產(chǎn)生熱應(yīng)力，使管產(chǎn)生彎曲變形；另一激光束在管材表面形成等離子體，并通過(guò)等離子體爆炸產(chǎn)生的沖擊作用，將薄壁管進(jìn)一步彎曲。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)薄壁管的彎曲成形，但是，一方面，該方法需要使用兩束激光束，加工裝置比較復(fù)雜；另一方面，泡沫鋁夾芯板與薄壁管不同，不是空心結(jié)構(gòu)，該方法也不能用于泡沫鋁夾芯板的彎曲成形；再一方面，泡沫鋁夾芯板的表面通常反光性能較強(qiáng)，且易于氧化，不利于此專利中的激光彎曲成形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種可控的、不會(huì)對(duì)泡沫鋁夾芯板的結(jié)構(gòu)造成破壞的泡沫鋁夾芯板彎曲成形方法。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種泡沫鋁夾芯板的彎曲成形方法，包括下列步驟
(1)在泡沫鋁夾芯板的面板表面復(fù)合一層吸光劑；
(2)在泡沫招夾芯板的表面標(biāo)注一加工直線；
(3)使用激光器沿著泡沫鋁夾芯板表面的加工直線進(jìn)行照射，多次輻照累積加熱使得泡沫鋁夾芯板整體產(chǎn)生熱應(yīng)力，使得泡沫鋁夾芯板產(chǎn)生背向激光束的微量彎曲變形，進(jìn)行照射時(shí)的掃描速率為8 20毫米/秒；
(4)重復(fù)步驟(3)直至達(dá)到彎曲要求。上述技術(shù)方案中，所述吸光劑選自黑漆、油性貼膜、金屬涂層或金屬鍍膜。優(yōu)選的技術(shù)方案，所述吸光劑為主要成分是Al2O3的金屬涂層或金屬鍍膜。因?yàn)榕菽X夾芯板的面板通常為鋁板，芯部為保溫性很好的泡沫鋁，故選用一種主要成分為Al2O3的金屬涂層和金屬鍍膜作為吸光劑，能夠使得吸光劑與面板有較好的結(jié)合，并且不影響處理后的泡沫鋁夾芯板的性能。 優(yōu)選地，步驟(3)在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行。步驟(3)中使用的激光器為CO2激光器。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明屬于無(wú)模、無(wú)外力成形，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)、精確控制熱作用區(qū)及區(qū)內(nèi)的溫度分布，控制沖擊力以及沖擊區(qū)域，就能獲得合理變形，具有高的生產(chǎn)柔性，能夠成形任意的彎曲件、異型件和其它復(fù)雜的三維曲面等零件。2、本發(fā)明屬于溫?zé)釕B(tài)的累積成形，能夠成形常溫常態(tài)下的一些難變形材料。如泡沫鋁裸板、泡沫鋁夾芯板。3、本發(fā)明通過(guò)在泡沫鋁夾芯板的面板表面復(fù)合一層吸光劑，解決了由于泡沫鋁夾芯板的面板反光性能過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致的激光加工困難問(wèn)題。4、本發(fā)明通過(guò)選擇合適的掃描速率，使得彎曲主要由板的整體產(chǎn)生熱應(yīng)力造成，由于熱應(yīng)力和沖擊力造成的彎曲方向相反，通過(guò)對(duì)兩者的控制易于實(shí)現(xiàn)對(duì)彎曲程度的控制，同時(shí)避免了主要利用沖擊力進(jìn)行彎曲需要激光的功率密度達(dá)到一定閾值而導(dǎo)致的問(wèn)題。5、利用氮?dú)獗Ｗo(hù)，可以避免在加工過(guò)程中金屬面板的氧化問(wèn)題。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例中采用的裝置示意 圖2是彎曲后的狀態(tài)示意圖。其中1、激光束；2、泡沫鋁夾芯板；3、夾頭；4、工作臺(tái)；5、掃描方向；6、保護(hù)氣導(dǎo)管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實(shí)施例一參見(jiàn)圖I所示，圖中給出了本實(shí)施例采用的裝置示意圖，該加工裝置包括工作臺(tái)4和位于工作臺(tái)上的夾頭3，泡沫鋁夾芯板被夾頭夾持，其上表面畫(huà)有加工直線，激光束I和保護(hù)氣導(dǎo)管6同步沿掃描方向5運(yùn)動(dòng)，或者，夾頭帶動(dòng)泡沫鋁夾芯板運(yùn)動(dòng)。保護(hù)氣導(dǎo)管6內(nèi)噴射氮?dú)?。?duì)80 X 20 X IOmm的孔隙率為80%的泡沫鋁夾芯板進(jìn)行CO2激光掃描，掃描線位置在板材中心，長(zhǎng)度為20mm，激光功率為150W，掃描10次，掃描速率8mm/s。其操作步驟如下
(I)利用黑色手噴漆噴涂在掃描區(qū)域，并利用夾具進(jìn)行單邊夾持。(2)掃描速度8mm/s勻速掃描，通過(guò)激光數(shù)控加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)激光彎曲。(3)等完全自然冷卻后，利用激光位移傳感器對(duì)變形角度進(jìn)行測(cè)量。本實(shí)施例加工后，板材的彎曲角為4度，如附圖2所示。實(shí)施例二 采用實(shí)施例一同樣的裝置，對(duì)80 X 20 X IOmm的孔隙率為85%的泡沫鋁夾芯板進(jìn)行CO2激光掃描，掃描線位置在板材中心，長(zhǎng)度為20mm，激光功率為150W掃描15次，掃描速率8mm/s。其操作步驟如下(1)利用黑色手噴漆噴涂在掃描區(qū)域，并利用夾具進(jìn)行單邊夾持。(2)掃描速度8mm/S勻速掃描，通過(guò)激光數(shù)控加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)激光彎曲。(3)等完全自然冷卻后，利用激光位移傳感器對(duì)變形角度進(jìn)行測(cè)量。本實(shí)施例加工后，板材的彎曲角為6度。 通過(guò)增加掃描次數(shù)，可以增加板材的彎曲角。
權(quán)利要求
1.一種泡沫鋁夾芯板的彎曲成形方法，其特征在于，包括下列步驟 (1)在泡沫鋁夾芯板的面板表面復(fù)合一層吸光劑； (2)在泡沫招夾芯板的表面標(biāo)注一加工直線； (3)使用激光器沿著泡沫鋁夾芯板表面的加工直線進(jìn)行照射，多次輻照累積加熱使得泡沫鋁夾芯板整體產(chǎn)生熱應(yīng)力，使得泡沫鋁夾芯板產(chǎn)生背向激光束的微量彎曲變形，進(jìn)行照射時(shí)的掃描速率為8 20毫米/秒； (4)重復(fù)步驟(3)直至達(dá)到彎曲要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泡沫鋁夾芯板的彎曲成形方法，其特征在于所述吸光劑選自黑漆、油性貼膜、金屬涂層或金屬鍍膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的泡沫鋁夾芯板的彎曲成形方法，其特征在于所述吸光劑為主要成分是Al2O3的金屬涂層或金屬鍍膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泡沫鋁夾芯板的彎曲成形方法，其特征在于步驟(3)在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泡沫鋁夾芯板的彎曲成形方法，其特征在于步驟(3)中使用的激光器為CO2激光器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種泡沫鋁夾芯板的彎曲成形方法，其特征在于，包括下列步驟(1)在泡沫鋁夾芯板的面板表面復(fù)合一層吸光劑；(2)在泡沫鋁夾芯板的表面標(biāo)注一加工直線；(3)使用激光器沿著泡沫鋁夾芯板表面的加工直線進(jìn)行照射，多次輻照累積加熱使得泡沫鋁夾芯板整體產(chǎn)生熱應(yīng)力，使得泡沫鋁夾芯板產(chǎn)生背向激光束的微量彎曲變形，進(jìn)行照射時(shí)的掃描速率為3～8毫米/秒；(4)重復(fù)步驟(3)直至達(dá)到彎曲要求。本發(fā)明能夠成形任意的彎曲件、異型件和其它復(fù)雜的三維曲面等零件，成形精度較高、生產(chǎn)周期短，柔性大，對(duì)泡沫鋁夾芯板的進(jìn)一步應(yīng)用提供了廣闊的應(yīng)用基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)B23K26/12GK102873152SQ20121036832
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者張敏, 陳長(zhǎng)軍 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)