正方形薄板激光三维成形球冠面的应力场分析

激光成形是利用激光束的能量修整板材曲率的一种新型柔性无模成形加工方法。为了描述激光三维成形中的弹塑性变形过程,以进一步揭示其三维成形的机理,文章采用显式动力学方法分析了交叉线扫描激光三维成形正方形薄板为球冠面的物理过程,揭示了激光扫描过程中正方形薄板的温度场、应力场、应变场的变化情况,虽然激光引起薄板温度变化产生的热应力仍是三维成形的主要因素,但是激光三维成形与激光直线扫描成形不同,激光三维成形扫描过程中在薄板内部形成的应力波是影响激光三维成形的主要因素之一,薄板的应变、变形等均与应力波有关,本文揭示的物理行为为下一步的机理研究打下了良好的基础。     

激光成形闭环控制技术的研究进展

分析了激光成形的工艺过程以及影响成形的因素.为了克服外界干扰对激光加工的影响,确保加工过程的稳定性与结果的可靠性,必须进行闭环控制.闭环控制技术能在保证加工质量的前提下获得最优的加工参数.实现激光成形的闭环控制,不仅可实现激光弯曲精密成形,而且可实现成形过程的智能化.     

激光驱动飞片加载金属箔板成形及数值模拟

探讨了一种利用激光驱动飞片微塑性成形的新技术,介绍了激光驱动飞片代替激光冲击加载的原理和特点,设计并完成激光驱动飞片加载铝箔成形的实验,在体视显微镜下观察发现成形铝箔的表面质量优异,利用形貌仪测量发现成形深度与激光光斑能量分布一致,通过实验得到了激光能量与成形深度的关系。采用适合高压高应变率的Johnson-Cook模型,利用LS-DYNA软件模拟了激光驱动飞片加载铝箔微成形,模拟结果能够比较好地解释试验现象,证实了数值模型的合理。     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形(Ⅰ)

在对钛合金激光穿透焊焊缝成形特征分析的基础上研究了激光焊主要工艺参数对焊缝成形的影响 ,同时对比研究了CO2 激光和YAG激光穿透焊时焊缝成形的差异。研究结果表明 ,在穿透焊条件下 ,CO2 激光和YAG激光焊接钛合金焊缝都具有钉形和近X形两种典型的截面形貌。焊缝成形与焊接热输入及激光功率密度有密切联系。随焊接热输入和激光功率密度的增大 ,焊缝截面由钉形向近X形转变。在采用同样工艺规范获得近X形焊缝成形时 ,YAG激光焊缝的对称度显著高于CO2 激光焊缝。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数 ,可以对焊缝成形进行有效控制 ,提高焊接接头质量。     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形（I）

在对钛合金激光穿透焊焊缝成形特征分析的基础上研究了激光焊主要工艺参数对焊缝成形的影响，同时对比研究了CO2激光和YAG激光穿透焊时焊缝成形的差异。研究结果表明，在穿透焊条件下，CO2激光和YAG激光焊接钛合金焊缝都具有钉形和近X形两种典型的截面形貌。焊缝成形与焊接热输入及激光功率密度有密切联系。随焊接热输入和激光功率密度的增大，焊缝截面由钉形向近X形转变。在采用同样工艺规范获得近X形焊缝成形时，YAG激光焊缝的对称度显著高于CO2激光焊缝。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数，可以对焊缝成形进行有效控制，提高焊接接头质量。     

Al-Mg-Sc合金板激光冲击成形的试验研究与有限元分析

利用高功率钕玻璃激光器对Al-Mg-Sc合金板进行了激光冲击成形试验研究,用Taylor Hobson三坐标表面轮廓测量机测量了冲击后板料的变形量.对激光冲击成形过程建立了有限元分析模型,采用非线性商用有限元软件MSC.Marc对激光冲击载荷下Al-Mg-Sc合金板料成形过程进行了成功模拟.试验与仿真结果表明,随着激光能量的增加,板料激光冲击成形的变形量增大,在激光能量不变的条件下,当凹模约束孔径增大时,板料的变形量随之增大,板料的变形量沿半径方向随着冲击波压力的变化呈现高斯分布.     

基板预变形对不锈钢激光立体成形件应力应变的影响

采用316不锈钢粉末和304L基板,通过一系列预变形矩形试样的激光立体成形正交实验,并通过小孔释放法进行应力测试,分析了基板预变形处理对激光立体成形试样的残余应力和变形的影响.结果表明:预变形量对预变形条件下的激光立体成形试件的平整度影响最大,其次为激光功率,激光速率.基板预变形后的应力分布显著影响激光立体成形后试样最终的变形形状.激光成形件上部熔覆层的残余应力σx先增大后减小,σz先减小后增大.研究结果为优化预变形条件下的激光立体成形工艺提供了参考依据.     

基于数值模拟的激光拼焊板渐进成形性能研究

渐进成形技术是近年发展起来的一种新的板料成形方法,将该技术应用到激光拼焊板成形领域的研究还很少。以某圆台零件为研究对象,建立了激光拼焊板有限元模型。通过正交试验研究了工具头直径、下压量、拼焊板焊缝位置和板厚组合对激光拼焊板的成形性能的影响。结果表明,焊缝位置对激光拼焊板成形极限的影响最为显著,其次为下压量、板厚组合和工具头直径,并得出了最优工艺参数组合。在保证零件加工精度及满足设备成形能力的前提下,尽量提高下压量不仅有助于提高激光拼焊板成形效率,还能有效提高成形极限。结果能为渐进成形工艺参数的选择提供参考。     

温度辅助的激光冲击技术研究进展

温度辅助的激光冲击技术是在激光冲击技术上发展而来的结合热力耦合效应的高能率加工和表面处理技术。在介绍温度辅助的激光冲击技术原理和特点的基础上,分析了激光冲击波的压力模型及时空分布特性、温热及高应变率下材料的本构模型,重点介绍了利用温度辅助的激光冲击效应的两项技术——温度辅助激光微成形和激光温喷丸强化。温度辅助激光微成形技术作为一种新颖的高能率微细加工技术,其在温热条件下利用脉冲激光诱导的冲击波压力使金属箔板塑性成形微结构件,可使激光冲击微拉深件的塑性变形均匀性得到显著改善,成形高度较室温下得到进一步提升。激光温喷丸强化技术作为新形材料表面处理工艺,结合了热力耦合效应在应力强化和组织强化方面的诸多优势,能够获得比常温激光冲击强化技术更稳定的残余压应力分布,有效提高材料的耐热腐蚀性和疲劳性能。综述了温度辅助激光微成形和激光温喷丸强化技术的研究现状,指出了当前在温度辅助的激光冲击技术研究中存在的问题,并对今后的研究做了展望。     

激光复合织构焊管轧辊模具成形有限元模拟与试验研究

目的提高焊管成形质量,为激光复合织构轧辊模具产业化提供试验依据。方法通过数值模拟方法模拟焊管轧辊成形过程,获得不同摩擦系数组合下板料成形应力应变和径向厚度数据,并获得最优模具表面织构方案,为轧辊模具表面织构处理提供依据。依据数值模拟结果,运用激光表面织构技术对辊子模具表面进行复合织构加工处理,开展激光复合织构模具和未织构模具成形对比,并对成形件进行残余应力、应变、边缘减薄率等检测分析。结果数值模拟结果表明,下辊边缘区域应为减摩区,上辊边缘区域应为增摩区;应对下辊边缘区域进行激光微织构减摩,上辊边缘区域进行激光毛化增摩。成形试验结果表明,试验结果与数值模拟结果基本一致;与未织构模具相比,激光复合织构焊管轧辊模具优化了成形件的应力应变分布,降低了板厚边缘减薄率(5.06%),提高了成形件的均匀性(3.9%),成形件边缘区域形成了残余压应力。结论激光复合织构焊管轧辊模具相比未织构模具,可显著改善成形件的边缘稳定度和成形质量。     

脉冲激光冲击金属板料变形的数值模拟

激光冲击板料变形是利用高能脉冲激光和材料相互作用诱导的高幅冲击波的力效应使板料产生塑性变形的新技术.利用ABAQUS软件对激光冲击下板料的变形过程进行了数值模拟,比较了不同激光参数对板料变形量的影响,并在激光单点冲击成形的基础上探讨了激光多点冲击成形.     

激光弯曲成形1Cr17Ni2不锈钢板料应力-应变场有限元模拟

在综合分析材料热物理性能和力学性能的基础上,建立了板料激光弯曲成形的三维热力耦合模型。利用有限元分析软件对1Cr17Ni2不锈钢板的激光单次扫描弯曲过程进行了数值模拟,得到了应力一应变场模拟结果。模拟结果表明,当高能激光束沿板料表面扫描,在板厚方向会产生强烈的温度梯度,致使加热区材料的塑性应变沿板厚方向差别很大,从而导致板料的弯曲变形。     

激光冲压TA2圆板实验与仿真研究

采用实验的方法,研究了不同的激光能量和不同的冲击路径、冲击次数对TA2钛合金圆板变形的影响,取得了不同冲击条件下钛合金圆板的变形数据。所采用的激光波长1.06μm,脉宽约23ns,有效光斑直径8mm,脉冲的重复率2Hz,并用ABAQUS软件对激光冲压TA2圆板进行了仿真分析。结果表明,随着激光能量的增加,板料的变形量增大;冲击区域的不平度随着冲击路径和激光能量分布的优化而得到改善。仿真结果和实验数据基本吻合,在一定程度上揭示了激光冲击过程的成形机理,解释了激光能量、板料几何尺寸、冲击次数和冲击路径对最终成形的复杂影响。     

FEM SIMULATION FOR LASER FORMING PROCESSING

Laser forming involves heating sheet metal workpiece along a certain path with a defocused laser beam directed irradiate to the surface. During laser forming, a transient temperature fields is caused by the irradiation and travelling of a laser beam. Consequently, thermal expansion and contraction take place, and allows the thermalmechanical forming of complex shapes. This is a new manufacturing technique that forming metal sheet only by thermal stress. Therefore, the analysis of temperature fields and stress fields are very useful for studying the forming mechanism and controlling the accuracy of laser forming. The non-liner finite element solver, MARC, is employed to solve the thermal-mechanical analysis. Using this model, the stress and strain distribution of pure aluminum plate with different thickness are analyzed. The influence of scanning speed on temperature fields and plastic strain of metal sheet under the condition of constant line energy are also presented. Numerical results agree well with the exT~erimental results.     

激光成形工艺方法及其发展前景

介绍了激光成形的工艺特点和四种不同的工艺方法：板材正向弯曲,板材反向弯曲,型材弯曲、空间变形。分别阐述了这四种工艺的成形机理和可能的应用领域,以及激光成形的发展前景。     

激光正余弦扫描过程中板材的变形行为

板材激光热应力成形是一种利用激光成形工件的柔性成形技术.对于不同的激光扫描轨迹,板材所产生的变形行为是不同的.研究激光成形过程中板材变形与扫描轨迹之间的关系对该技术的应用尤为重要.直线、正弦线和余弦线是三种典型的扫描轨迹规划.本文以板材激光单次扫描成形过程为研究对象,对激光三种扫描轨迹下板材的变形行为进行了有限元模拟,并对模拟结果进行了分析.     

基于人工神经网络的板料激光成形工艺优化

采用BP算法的人工神经网络系统，以激光能量、光斑大小、扫描速度、矩形板料的厚度和宽度作为输入层节点，预测板料激光成形的温度峰值和弯曲角度，并将该系统用于08F薄钢板激光弯曲成形的工艺参数优化之中，可以快速获得最大成形角度所对应的最优工艺参数组合。     

Thin-sheet-metal bending by laser peen forming with femtosecond laser

A femtosecond laser is a type of ultrashort-pulse laser. Femtosecond laser irradiation induces high-pressure plasma and shock waves at the surface of a target. Under some irradiation conditions, such shock waves are enough to deform the target plastically. Laser peen forming is a type of sheet metal forming using this deformation by shock waves. The author adopted laser peen forming using femtosecond laser for thin-sheet-metal bending. Generally, shock waves induced in air are much smaller than those induced in water, and thus; are unfavorable for plastic deformation. However, the shock waves induced by a femtosecond laser were enough to bend a thin sheet metal even in air. Elastic pre-bending was adopted during the process. Bending angle was increased by applying pre-bending. The effects of laser irradiation conditions on bending efficiency were investigated. The large spot diameter and high fluence improved bending efficiency.     

板料激光成形技术

综述了激光成形技术的国内外发展史及其研究现状,分析了激光弯曲成形技术的优点,探讨了激光弯曲成形技术的原理及成形机理,并且论述了激光弯曲成形的影响因素,展望了板料激光成形技术的应用前景。