本實用新型涉及一種激光輔助沖壓高強度及輕量化零部件的裝置。

背景技術(shù)：

基于現(xiàn)代人們對輕量化零部件的需求明顯增長。輕量化設(shè)計已經(jīng)得到各大工業(yè)領(lǐng)域的重視，如汽車、消費電子產(chǎn)品、醫(yī)療器材、家庭電器等產(chǎn)業(yè)。對于生產(chǎn)工藝，金屬成形工藝能夠制造具有良好機械性能及表面光潔度的零部件，并且制造過程可實現(xiàn)低物耗及高產(chǎn)率等，而這些優(yōu)勢是其它制造工藝如壓鑄、傳統(tǒng)金屬切削加工及粉末注射成形等不能達到的。

應(yīng)用輕合金材料是實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化的方法之一。與一般鋼材相比，使用鋁材能夠減少30%-50%的重量，而鎂材能夠減少40%-70%。除了使用輕合金材料之外，使用高強度鋼也能實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化。保證產(chǎn)品擁有相同的剛度情況下，材料的強度越高，所需材料用量便可減少，因此可以減少零件重量。但運用這類材料生產(chǎn)零件時由于其高機械強度，會顯著增加成形載荷，因此需要大型沖床進行生產(chǎn)。而且，成形載荷的增加會進一步加速模具磨損，縮短模具疲勞壽命，最終導致生產(chǎn)成本上升。同時，在常溫下，這類材料通常成形能力差，大變形區(qū)域易發(fā)生斷裂，這就限制了成形零件的幾何形狀。

盡管現(xiàn)今可以結(jié)合多步工藝如先成形，后退火，再成形來制造形狀復雜的零件，但是成形周期長，不利于生產(chǎn)。雖然傳統(tǒng)高溫成形工藝可提高材料的成形能力及降低成形載荷，但這方法會導致成形零件的表面質(zhì)量變差，幾何形狀不精確，以及較長的生產(chǎn)周期。另外，當成形零件尺寸減少時，由于工件體積與其面積比例變小，工件的成形溫度不易于控制，溫度會在工件運送途中快速下降，因此難以達到預期的效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于目前全球生產(chǎn)零件所采用的沖床等設(shè)備新舊不一，亟待一種不改變原有設(shè)備但可以改進生產(chǎn)的方法出現(xiàn)。本實用新型提供激光輔助沖壓高強度及輕量化零部件的裝置，其采用激光給予將需要發(fā)生大變形或者流動程度高的材料區(qū)域照射加溫。在深沖、彎曲、沖孔、壓紋等常見沖壓成形工藝中，改變大變形區(qū)域的材料溫度可以直接改變其成形性能，達到易于加工的目的。此外激光本身具有加熱速度快、溫度和能量控制精確、加熱區(qū)域集中等優(yōu)點，因此利用激光輔助沖壓技術(shù)生產(chǎn)高強度及輕量化零部件可以很好的突破傳統(tǒng)加溫技術(shù)的局限。

本實用新型公開一種激光輔助沖壓高強度及輕量化零部件的裝置，包括成形設(shè)備，還包括激光發(fā)射裝置和激光引導裝置，所述激光發(fā)射裝置連接激光引導裝置，所述激光引導裝置設(shè)置于所述成形設(shè)備的上方。

還包括激光保護裝置，設(shè)置于所述激光引導裝置的下方。

所述激光保護裝置為V形底板，所述V形底板設(shè)置于成形設(shè)備的加熱工位處。

所述成形設(shè)備為沖床。

本實用新型具有的優(yōu)點在于：

本實用新型在板金沖壓加工線上結(jié)合激光加熱，在金屬材料即將開始沖壓工藝之前，采用激光快速照射加溫需要進行大變形的區(qū)域，提高此區(qū)域的流動能力。對比傳統(tǒng)室溫板金沖壓方法，本實用新型利用激光加熱工藝可使成形過程中的變形載荷降低（高達70%），簡化零部件成形步驟，提高產(chǎn)能及模具壽命。在沖孔工藝中采用激光輔助，可以增加高亮度剪切面面積，使沖件的光滑程度與精密沖壓相似。對比傳統(tǒng)的整片鈑金加溫沖壓方法,本實用新型利用激光可實現(xiàn)局部加溫,這可以降低工件尺寸變化和防止工件產(chǎn)生大面積氧化。此外,金屬板料直接吸收能量，可以縮短整個工藝周期。

附圖說明

圖1為本實用新型中鈑金被激光照射的示意圖。

圖2為本實用新型中鈑金送入成形模具后的示意圖。

圖3為本實用新型中完成沖壓工藝后的示意圖。

圖4為整體設(shè)備結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實用新型并能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。

本實用新型提供一種激光輔助沖壓高強度及輕量化零部件的裝置，該裝置具體為在針對生產(chǎn)高強度及輕量化零部件的過程中，使用激光對板金進行加熱，然后再采用常規(guī)沖壓方式進行深沖、彎曲、沖孔、壓紋等各種成形工藝。利用該裝置可控制沖壓過程中金屬材料流動，提升產(chǎn)能，產(chǎn)生更為光潔的金屬切割面，且相對于傳統(tǒng)熱沖壓工藝更節(jié)約能源。沖床等加工設(shè)備只需相較無激光源加熱下更小的沖壓力即可以將零部件成形。圖1至圖3為舉例說明激光輔助沖孔過程，該裝置操作時的方法具體包括以下兩個步驟：

步驟一：加熱板金的過程：

如圖1所示，所述板金1一般選擇為純金屬材料或合金材料。所述板金1首先被運送至成形設(shè)備的加熱工位。加熱工位需要保證激光不外泄，并且保證加熱工位與成形工位的距離足夠近，這樣才能使得加熱后的板金運送至成形工位后，依然有足夠的溫度保持其材料特性。激光發(fā)射裝置2接受來自控制器的信息，該信息包括采用的激光掃描速度、發(fā)射強度、掃描循環(huán)次數(shù)、掃描路徑等，于板金1上形成加熱區(qū)域3，該加熱區(qū)域3是板金1將進行大變形的部位，以提高此區(qū)域材料的變形能力。在本實施例中使用的板金為高強度鋼QSTE500TM，板金厚度為2.5mm，采用4000W的激光源，照射速度為2000mm/s，掃描循環(huán)100次。

步驟二：板金成形過程：

如圖2所示，加熱后的板金1運送至成形設(shè)備的成形工位，使板金1處于上模4及下模5之間。成形過程中上模4或下模5的其中之一固定，而另一部分模具往板金1方向移動，與板金1發(fā)生碰撞，進而使板金1的加熱區(qū)域3產(chǎn)生變形。在本實例中沖孔直徑為17mm，沖壓速度為1分鐘65次。如圖3所示為完成零部件沖孔的狀態(tài)，沖孔后產(chǎn)生與板金1脫離的廢料6。以激光輔助沖孔，可以提高零件的剪切表面的光潔度，并減低成形力。

本實用新型提供的利用激光輔助沖壓高強度及輕量化零部件的裝置，如圖4所示，包括成形設(shè)備7、激光發(fā)射裝置以及激光引導裝置8。由于生產(chǎn)高強度零件需要使用較厚的板金1及較高的成形溫度，因此需使用高強度激光，輸出功率一般大于500W。激光發(fā)射裝置的安裝位置同方式需要保證生產(chǎn)人員的安全性，避免散射激光對人體造成直接傷害，因此板金1與激光發(fā)射區(qū)需要圍成一個密閉的空間。為盡可能縮短加熱工位與成形工位之間的距離，保證激光加熱后的板金1熱量損失最小，本實用新型提出了采用激光引導裝置8，并利用光學鏡（屬于激光引導裝置的一部分）反射激光到制定的加熱區(qū)域3，并結(jié)合激光保護裝置10，以此形成一套完整的制備裝置。模具(包括上模具4及下模具5)與成形設(shè)備7的擺放方式與常規(guī)沖壓裝置結(jié)構(gòu)不變。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于引入激光發(fā)射裝置以及激光引導裝置8。激光引導裝置固定在成形設(shè)備7上，置于模具（模具4及下模具5）旁邊，由此材料在激光引導裝置中受到激光束9照射之后，即可以直接送入沖床進行成形，最大限度的減小熱能量損失。所述激光引導裝置8接受激光發(fā)射裝置產(chǎn)生的激光，然后激光束9投射到板金1上。板金1的厚度控制在5mm之內(nèi)。板金1下方設(shè)置激光保護裝置，其可以為V形底板10，材質(zhì)為低碳金屬。V形口的方向朝向板金的運動垂直方向，具體大小根據(jù)具體的激光引導設(shè)備而定，但是必須保證此結(jié)構(gòu)的投影面積大于或等于激光最大允許的活動區(qū)域，保證所有的激光照射都在V形結(jié)構(gòu)范圍從而保證保護性能。

以上所述實施例僅是為充分說明本實用新型而所舉的較佳的實施例，本實用新型的保護范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。本實用新型的保護范圍以權(quán)利要求書為準。