TC4钛合金板料激光冲击成形过程的有限元仿真

激光冲击成形集板材成形和材料改性于一体,利用激光诱导高幅冲击波的力效应使板料产生塑性变形,是一种无模、柔性成形新工艺。本文使用商业有限元分析软件ABAQUS进行了钛合金板料激光冲击成形过程的仿真研究,分析了钛合金板料厚度、激光能量、约束孔径、激光光斑间隔四种因素对材料变形量和应力应变的影响。研究表明:随着板料厚度的增加,板料变形范围逐渐减小,变形量先减小后增大;随着激光能量的增大,材料的变形量线性增加;激光约束边界孔径越大,板料变形量越大;适当的光斑间隔并不会对零件成形精度造成较大影响,在满足精度要求的条件下,为提高效率可以考虑采用间隔光斑进行冲击成形。     

激光冲击金属板料变形的 最小激光能量估算及其实验研究

介绍了激光冲击板料变形的机理和冲击波产生的原因,提出了激光冲击板料变形中激光－能量转换体－靶材系统的爆轰波压力估算式。根据此压力估算式和材料的动态屈服强度,对激光冲击板料变形中所需的最小激光能量进行了估算,板料厚度为0.5 mm,约束凹模孔径Φ20 mm,在光斑直径6 mm,脉宽25 ns条件下的不锈钢靶材变形所需的最低脉冲能量大约为11 J。实验结果表明估算的最小激光能量与板料变形所需的能量阈值基本一致,且板料变形量随激光能量的增加呈非线性增大。最小激光能量的估算以及能量与板料变形的实验研究为板料变形的精确控制和预测提供了理论依据。     

激光预冲击提高激光动态柔性微胀形成形质量

提出了一种激光预冲击辅助激光动态柔性微胀形的新型微成形工艺,以提高微成形件的质量.本工艺利用激光冲击对紫铜箔进行预处理以提高其成形性能,并从胀形深度、表面质量、厚度减薄率、成形对称性、断面形貌等方面研究了微胀形件的成形质量.实验结果表明,胀形深度及表面粗糙度随着激光能量的增加而增加,当激光能量从325 mJ增加至575...     

激光冲击微成形研究进展

介绍了激光冲击微成形的变形机理,分析了激光冲击微成形的数值模拟与模型加载问题,同时论述了激光冲击微成形的工艺优化及应用。总结了激光冲击微成形的优点,并对其未来发展进行了展望。     

激光冲击驱动飞片成形性能

研究了激光冲击驱动飞片成形中相关工艺参数对成形性能的影响。采用适合高压高应变率的Johnson-Cook模型,基于ANSYS/LS-DYNA软件平台,数值模拟了激光冲击驱动飞片成形胀形件过程中激光能量、成形模具孔径以及模具圆角率与成形件成形高度的关系。分析表明,随着激光功率密度、成形模具孔径和模具圆角率的增加,胀形件成形高度均随之增加,胀形件的最大成形高度为310.6μm。对厚度为50μm的铜箔材进行了激光冲击驱动飞片成形实验,利用体视显微镜和形貌测量仪对获得的胀形件试样进行了二维和三维形貌测试,验证了数值模型的合理性。本文建立的数值模拟分析方法为激光冲击驱动飞片成形胀形件过程的预测和控制提供了手段。     

微尺度激光冲击成形技术

介绍激光冲击成形的作用机理,论述了激光冲击微成形的方法,分析了影响激光冲击微成形的主要因素,包括尺度效应、约束层和涂层、激光参数等.提出了基于模具的激光冲击微成形方法.     

基于类等势场的粉末高温合金盘件预成形设计及有限元模拟

为了提高产品的质量和工作效率并降低生产成本,需对预制坯进行合理的预成形设计.根据能量最小原理和最小阻力原理,利用塑性变形过程中坯料的流动规律与静电场等势线分布类似这一特性,提出一种能够进行预成形设计的新方法--类等势场法,并采用该方法对粉末高温合金盘件进行预成形设计,从中优选出6组预成形形状,并利用商用有限元软件MSC/SuperForm对上述预制坯的等温成形过程进行数值模拟,得到了6组粉末高温合金盘件终锻结束时各个部分的等效应变分布以及预锻和终锻的变形程度分配.通过对盘件轮毂、辐板和轮缘三部位以及整体盘件最大等效应变和最小等效应变的比较与分析,以及预锻变形量和终锻变形量的比较,并参考模具法向和切向的受载情况,认为选择3号预锻模为最佳方案.结果表明,该方法克服了传统方法精度低、耗时和耗力等缺点,其结果可靠.     

金属板料激光无模成形技术研究的现状

金属板料激光无模成形是一种先进柔性制造技术,它包括激光热应力成形、激光冲击成形二种方法,本文分别介绍它们研究的现状、机理、特点,同时也指出其存在的问题.     

复杂薄壁零件激光快速成形过程的热力耦合场数值模拟

研究直接激光成形过程中叶片温度场与热应力场的关系,改善成形质量.以空心叶片为例,根据激光测量仪测得的散点图,用圆弧逼近得到叶片的近似轮廓.利用有限元软件MSC.Marc建立Ti-6Al-4V(TC4)圆弧逼近的空心叶片的有限元模型,并对激光直接成形过程进行数值模拟,得到叶片在成形过程以及冷却过程中的温度场和热应力场.随着成形的进行,由于热量的积累,成形叶片的温度不断升高,已成形部位的热应力随着成形过程的热循环不断变化,小曲率半径处的热应力大,且热循环对热应力变化影响较小;在直接激光成形结束后,整体温度开始下降,各处的热应力都逐渐升高.通过分析温度场和热应力场的分布情况,得到不同曲率半径对温度场和热应力场的影响规律.基于模拟结果,总结的规律和试验经验,提出改善成形质量的有效方法.并利用激光直接成形技术,加工出模拟分析模型的实物零件,验证模拟和结论的正确性.     

钛合金板料激光冲击变形的数值模拟和实验

实验研究了激光能量和不同的冲击路径、冲击次数对TA2钛合金板料变形的影响，并用ABAQUS软件进行了有限元模拟。结果表明：随着激光能量的增加，板料的变形量增大；板料几何尺寸和厚度越大，板料越难变形；冲击次序不同，板的变形量也不同，板的变形以沿板的长度方向且对称冲击为最大。通过数值模拟可优化激光冲击的相关参数，预测板料变形。     

金属板料激光无模成形技术研究的现状

金属板料激光无模成形是一种先进柔性制造技术,它包括激光热应力成形、激光冲击成形二种方法,本文分别介绍它们研究的现状、机理、特点,同时也指出其存在的问题。     

激光喷丸技术及其应用

激光喷丸技术是一项新技术，它是用短脉冲（ns级）的强激光辐照在表面覆盖着能量吸收层和约束层的材料上产生冲击波，当激光冲击波诱导的应力波的峰值超过材料的动态屈服极限时，材料的表层将会发生塑性变形，不可回复的塑性变形导致靶材内残余应力的产生。激光喷丸的效果与脉冲的能量、光斑直径的大小、材料的力学性能等因素有关。激光喷丸不仅可以对材料表面进行改性，还可实现板材的塑性成形，并且表面留有有益残余的压缩应力，从而降低了材料的疲劳断裂和应力腐蚀的比率和延长其疲劳寿命。文章简要介绍了该技术在发达国家的应用，也指出该技术在我国走向实用化阶段必须要解决的关键问题。     

激光喷丸技术及其应用

随着激光技术的发展，高能激光和材料相互作用产生的高幅冲击波技术已得到了广泛研究。激光喷丸技术就是利用强脉冲激光诱导产生的高能冲击波在金属材料表面改性和成形方面的一个应用。介绍了激光喷丸强化和激光喷丸成形的机理、特点和工业应用，并对应用前景作了分析。     

Experimental analysis of sheet metal micro-bending using a nanosecond-pulsed laser

Laser shock bending is a sheet metal micro-forming process using shock waves induced by a nanosecond-pulsed laser. It is developed to accurately bend, shape, precision align, or repair micro-components with bending angles less than 10°. Negative bending angle (away from laser beam) can be achieved with the high-energy pulsed laser, despite the conventional positive laser bending mechanism. In this research, various experimental and numerical studies on aluminum sheets are conducted to investigate the different deformation mechanism, positive or negative. The experiments are conducted with the sheet thickness varying from 0.25 to 1.75 mm and laser pulse energy of 0.2 to 0.5 J. A critical thickness threshold of 0.7-0.88 mm is found that the transition of positive–negative bending mechanism occurs. A statistic regression analysis is developed to determine the bending angle as a function of laser process parameters for positive bending cases.     

激光板料成形技术的研究及应用

金属板料激光成形技术是近年来出现的一种先进柔性加工技术.分别介绍了激光热应力成形、激光冲击成形(LSF)和激光喷丸成形(LPF)的成形机理,分析了成形的主要影响因素.影响这三种激光成形方式的因素主要有:激光参数、扫描轨迹、材料性质、板料几何参数和约束边界条件等.分别从机理、工艺参数、成形工艺等方面分析了这三种板料激光成形的技术特点.最后,对这三种激光板料成形技术的应用前景进行了展望,并指出激光板料成形技术在成形的精确控制及成形复杂件方面存在的一些尚待解决的关键问题.     

Analysis and experiment on deformation of sheet metal by laser shock wave

The mechanism of laser shock deformation and the reason for the production of the shockwave are introduced. An evaluation formula of the detonation wave pressure in the system of laser, energy transferring-medium and sheet metal is built according to the theory of detonation wave and blasting gas-dynamics. The minimal energy of the laser pulse is evaluated on the basis of the formula of the laser shock pressure and evaluation of dynamic yielding strength. The experiment is also validated. The result shows that the quantity of sheet metal deforming is nonlinearly increased with laser energy, i.e., pressure of the laser shock wave. Under a laser-induced ultra-high pressure and high strain rate, structural steels and composite materials undergo plastic deformation. __________ Translated from Journal of Nanjing University of Aeronautics and Astronautic, 2005(S1) (in Chinese)     

金属粉末激光快速成形技术及发展现状

金属粉末激光快速成形技术是在快速原型技术和激光熔覆技术基础上发展起来的一项先进制造技术。鉴于它与传统制造相比所具有的突出优点,各研究机构竞相研究。其中美国激光工程化近净成形（LENSR）快速制造技术、Lasform^TM技术和金属直接沉积技术（DMD）代表了当今金属粉末激光快速成形技术发展趋势。论文介绍了我校实验室在这方面所做的一些研究工作。     

基于激光冲击波的板料塑性成形新技术

提出利用激光冲击波技术实现板料的柔性塑性成形，分析了其成形机理、工艺过程和技术特点。利用脉冲能量为10－30J，脉宽为20ns的激光束，对SUS304薄钢板和40Cr进行了激光冲激波胀形实验，初步的实验结果表明，激光冲击波板料成形是一种冷塑性成形技术，具有超快速、高应变率等优点和较大的成形柔性。能适用于常规模具无法成形的结构钢和复合材料的成形，拓展了冷冲压成形的零件范围。