一种薄壁结构件的激光冲击整形方法及装置与流程

专利2025-06-15  37


本发明涉及激光加工,尤其涉及一种薄壁结构件的激光冲击整形方法及装置。


背景技术:

1、薄壁结构件再加工过程中,由于各种因素的影响,如切削力、装夹力等,可能会产生内应力,这些内应力如果不加以处理,可能会导致薄壁结构件在后续的使用中出现变形或损坏。因此,可通过对薄壁结构件进行整形处理以改善其切削性能,使其在加工过程中更加稳定,提高加工精度和表面质量。

2、以钛合金飞机壁板为例,飞机壁板一般被加工为弯曲一定弧度,而由于钛合金飞机壁板的加工难度较大,且在铣削加工过程中由于夹紧力的撤销以及内部应力释放等原因,通常会导致钛合金飞机壁板过度弯曲,导致其尺寸误差较大,因此需要对过度弯曲的钛合金飞机壁板进行整形。常规的整形方法工艺过程不稳定,严重时会造成钛合金飞机壁板报废,而由于钛合金飞机壁板的价值较高,报废则会造成较大的经济损失。

3、有鉴于此,有必要对现有技术中的薄壁结构件整形方法予以改进,以解决上述问题。


技术实现思路

1、本发明的目的在于解决钛合金飞机壁板加工难度较大,且在铣削加工过程中由于夹紧力的撤销以及内部应力释放等原因,通常会导致钛合金飞机壁板过度弯曲,导致其尺寸误差较大,而现有的整形方法工艺过程不稳定,严重时会造成钛合金飞机壁板报废,报废造成较大经济损失的问题。

2、为实现上述目的,本发明提供了一种薄壁结构件的激光冲击整形方法,用于对相对于标准薄壁结构件弯曲的变形薄壁结构件进行整形,包括:

3、获取标准薄壁结构件的标准轮廓,并检测变形薄壁结构件的异常轮廓;

4、于所述变形薄壁结构件的表面设置异常标记阵列,对所述标准轮廓与所述异常轮廓进行对比,以确定标准标记阵列;

5、自所述变形薄壁结构件向内凹陷的一侧对所述变形薄壁结构件进行激光冲击,并实时检测所述异常标记阵列中各个异常标记之间的异常距离;

6、当所述异常距离与所述标准标记阵列中各个标准标记之间的标准距离的误差小于1%时,停止对变形薄壁结构件进行激光冲击。

7、作为本发明的进一步改进,所述自所述变形薄壁结构件向内凹陷的一侧对所述变形薄壁结构件进行激光冲击,包括:

8、于所述变形薄壁结构件向内凹陷的一侧依次设置轴向覆盖所述变形薄壁结构件的约束层与吸收层,且所述吸收层设置于所述约束层与所述变形薄壁结构件之间;

9、聚焦后的激光光束于所述约束层背向所述吸收层的一侧透过所述约束层辐照所述吸收层,以对所述变形薄壁结构件进行激光冲击。

10、作为本发明的进一步改进,所述激光光束的脉宽为10~30ns,波长为532nm或者1064nm,功率密度为3~7gw/cm2,聚焦后的激光光束的光斑直径为3~5mm。

11、作为本发明的进一步改进,所述吸收层为带有粘胶的铝箔,所述铝箔的厚度为100微米,所述粘胶的厚度为10微米。

12、作为本发明的进一步改进,所述约束层为流动的水膜,所述水膜的厚度为1~1.5mm,所述水膜的流速为5~10cm/min。

13、作为本发明的进一步改进,所述标准薄壁结构件与变形薄壁结构件的材质均为tc4钛合金,所述标准薄壁结构件与变形薄壁结构件的厚度均为2~4mm。

14、作为本发明的进一步改进,所述异常标记阵列中异常标记的直径为0.1~0.3mm,相邻的两个异常标记之间的距离为0.6~1mm,且所述异常标记为可擦标记,并通过掩膜喷涂至所述变形薄壁结构件的表面。

15、基于相同发明思想,本发明还揭示了一种薄壁结构件的激光冲击整形装置,用于对相对于标准薄壁结构件弯曲的变形薄壁结构件进行整形,其特征在于,包括:

16、机械手、激光器及相机;

17、获取标准薄壁结构件的标准轮廓,并检测变形薄壁结构件的异常轮廓;

18、于所述变形薄壁结构件的表面设置异常标记阵列,对所述标准轮廓与所述异常轮廓进行对比,以确定标准标记阵列;

19、所述机械手夹持所述变形薄壁结构件,并将所述变形薄壁结构件移动至与所述激光器及所述相机同轴;

20、所述激光器自所述变形薄壁结构件向内凹陷的一侧对所述变形薄壁结构件进行激光冲击,所述相机实时检测所述异常标记阵列中各个异常标记之间的异常距离;

21、当所述相机检测到所述异常距离与所述标准标记阵列中各个标准标记之间的标准距离的误差小于1%时,停止对变形薄壁结构件进行激光冲击。

22、作为本发明的进一步改进,所述激光冲击整形装置还包括:向所述机械手、所述激光器及所述相机下发控制指令的控制系统。

23、作为本发明的进一步改进,所述激光冲击整形装置还包括:设置于所述变形薄壁结构件向内凹陷的一侧的约束层与吸收层,且所述吸收层设置于所述约束层与所述变形薄壁结构件之间,聚焦后的激光光束于所述约束层背向所述吸收层的一侧透过所述约束层辐照所述吸收层,以对所述变形薄壁结构件进行激光冲击。

24、与现有技术相比,本发明的有益效果是:

25、自变形薄壁结构件向内凹陷的一侧对变形薄壁结构件进行激光冲击,激光冲击使变形薄壁结构件处理表面获得残余的应压力,进而对变形薄壁结构件实施反向变形,从而起到调整变形薄壁结构件的弯曲程度的目的,并通过实时检测检测异常标记阵列中各个异常标记之间的异常距离,且将异常距离与标准距离进行对比,以检测变形薄壁结构件所调整的弯曲程度与标准薄壁结构件之间的尺寸偏差,在偏差小于1%时,完成对变形薄壁结构件的整形。



技术特征:

1.一种薄壁结构件的激光冲击整形方法,用于对相对于标准薄壁结构件弯曲的变形薄壁结构件进行整形,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的激光冲击整形方法,其特征在于,所述自所述变形薄壁结构件向内凹陷的一侧对所述变形薄壁结构件进行激光冲击,包括:

3.根据权利要求2所述的激光冲击整形方法,其特征在于,所述激光光束的脉宽为10~30ns,波长为532nm或者1064nm,功率密度为3~7gw/cm2,聚焦后的激光光束的光斑直径为3~5mm。

4.根据权利要求2所述的激光冲击整形方法,其特征在于,所述吸收层为带有粘胶的铝箔,所述铝箔的厚度为100微米,所述粘胶的厚度为10微米。

5.根据权利要求2所述的激光冲击整形方法,其特征在于,所述约束层为流动的水膜,所述水膜的厚度为1~1.5mm,所述水膜的流速为5~10cm/min。

6.根据权利要求1所述的激光冲击整形方法,其特征在于,所述标准薄壁结构件与变形薄壁结构件的材质均为tc4钛合金,所述标准薄壁结构件与变形薄壁结构件的厚度均为2~4mm。

7.根据权利要求1所述的激光冲击整形方法,其特征在于,所述异常标记阵列中异常标记的直径为0.1~0.3mm,相邻的两个异常标记之间的距离为0.6~1mm,且所述异常标记为可擦标记,并通过掩膜喷涂至所述变形薄壁结构件的表面。

8.一种薄壁结构件的激光冲击整形装置,用于对相对于标准薄壁结构件弯曲的变形薄壁结构件进行整形,其特征在于,包括:

9.根据权利要求8所述的激光冲击整形装置,其特征在于,所述激光冲击整形装置还包括:向所述机械手、所述激光器及所述相机下发控制指令的控制系统。

10.根据权利要求9所述的激光冲击整形装置,其特征在于,所述激光冲击整形装置还包括:设置于所述变形薄壁结构件向内凹陷的一侧的约束层与吸收层,且所述吸收层设置于所述约束层与所述变形薄壁结构件之间,聚焦后的激光光束于所述约束层背向所述吸收层的一侧透过所述约束层辐照所述吸收层,以对所述变形薄壁结构件进行激光冲击。


技术总结
本发明提供了一种薄壁结构件的激光冲击整形方法及装置,该方法包括:获取标准薄壁结构件的标准轮廓,并检测变形薄壁结构件的异常轮廓;于变形薄壁结构件的表面设置异常标记阵列,对标准轮廓与异常轮廓进行对比,以确定标准标记阵列;自变形薄壁结构件向内凹陷的一侧对变形薄壁结构件进行激光冲击,并实时检测异常标记阵列中各个异常标记之间的异常距离;当异常距离与标准标记阵列中各个标准标记之间的标准距离的误差小于1%时,停止对变形薄壁结构件进行激光冲击。通过本发明,实现对对相对于标准薄壁结构件弯曲的变形薄壁结构件进行整形。

技术研发人员:全成,夏西洋
受保护的技术使用者:苏州莱库航空装备科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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