金属板料激光冲击成形数值模拟及工艺分析

激光冲击成形是指利用激光诱导产生的冲击波压力使板料变形的一种新的板料塑性成形技术。本文在激光单点冲击金属板料变形实验的基础上 ,对大面积金属板料的激光多点冲击成形进行了探讨 ,并以金属板料方盒形件为例 ,采用数值模拟技术 ,对无间隔连续冲击和间隔冲击两种方法进行了分析比较。结果表明 ,采用粗冲成形和精冲成形的工艺过程 ,可有效提高板料激光冲击成形的精度。     

激光喷丸成形中的残余应力

通过对激光喷丸成形(LPF)中残余应力场分布的研究,找出单点喷丸残余应力分布形式,以及单点多次、多点不同路径喷丸中后续冲击对前次冲击残余应力分布的影响规律。对准确控制残余应力分布,获得激光喷丸后所需的板料形状具有指导意义。利用钕玻璃高功率脉冲激光对厚度为1.2 mm的LY12CZ硬铝合金进行了单点激光喷丸,用X衍射应力测定仪考察了单点冲击后材料表面及深度方向的残余应力,用厚度为2 mm 的6061-T6铝合金板料进行三列窄条激光喷丸变形实验。以ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件为平台,建立了具有一定精度的激光喷丸过程中冲击波压力的加载模型,对板料的变形过程进行了数值模拟, 分别考察了不同激光能量,板料尺寸,冲击路径等工艺参数对残余应力场分布的影响。实验结合数值模拟探索激光喷丸的主要参数和残余应力场之间的相互关系。     

激光冲压TC4钛板小曲率成形研究

利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形实验,所采用的激光波长为1.064μm,脉宽约23ns,能量35J左右,有效光斑直径8mm,脉冲的重复率0.5Hz.并用ABAQUS软件对激光冲压TC4板料成形进行了仿真分析,探讨了激光参数、板料性能、约束边界、冲击路径等条件对板料小曲率成形的影响,获得了在激光连续冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律.通过此类激光冲击实验可优化激光冲击的相关参数,预测板料变形.     

激光冲压TA2板小曲率成形研究

随着现代科学技术的飞速发展,对钛合金板材成形件的需求量日益广泛,由于采用传统的工艺成形钛合金比较困难,因而探索钛合金板材成形的新工艺和新技术具有十分重要的意义。笔者利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形实验,所采用的激光波长为1.054μm,脉宽约23ns,能量35J左右,有效光斑直径为8mm,脉冲的重复率为0.5Hz。并用ABAQUS软件对激光冲压TA2 板料成形进行了仿真,探讨了激光参数、板料性能、约束边界冲击路径等条件对板料小曲率成形的影响,获得了在激光连续冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律。     

激光诱导冲击波的预应力成形仿真研究

为了研究预应力对板料激光冲击成形性能的影响,采用数值仿真的方法,分析了不同板料尺寸下,预应力对板料激光冲击成形极限的影响。研究结果表明,无预应力作用下,不同尺寸板料的激光冲击成形极限深度不同;在预应力作用下,板料的激光冲击成形极限深度有所增加;当预应力在0～10 MPa范围时,板料的激光冲击成形极限随着预应力的增大而增大,超过此范围时,成形极限随预应力变化比较缓慢,并逐渐接近一限定值;在相同预应力作用下,不同尺寸板料的激光冲击成形极限提高的幅度不同。激光冲击预应力成形有利于提高板料的成形性能,研究为有效的控制板料变形过程,实现金属板料的激光冲击成形提供了依据。     

激光功率密度对板料激光冲击成形性能的影响

为了研究激光功率密度对铝合金板激光冲击成形性能的影响,采用数值仿真的方法,选用不同激光功率密度对铝合金板进行激光冲击成形数值模拟,获得不同激光功率密度与冲击次数下的板料成形极限,并对不同激光功率密度冲击下板料的成形深度、厚度及应力分布进行了分析。结果表明,板料在中心处容易发生破裂;板料的成形极限与激光功率密度大小成反比,而与激光冲击次数成正比;通过合理选择激光功率密度和冲击次数可提高铝合金板的成形性能。     

金属板料激光冲击成形技术研究

本文首次提出利用激光冲击波进行金属板料成形的新技术——金属板料的激光冲击成形,分析了其成形机理和特点。利用脉冲能量为1030J、脉宽为20ns的高功率Nd:Glass激光器,对金属板料进行了激光冲击成形的实验研究,探讨了激光参数、约束边界条件等对板料成形的影响。结果表明:在单次激光冲击下,随激光能量的增加,板料成形量随之增大,顶部曲率半径减小;随约束孔径的增加,板料成形量和顶部曲率半径都随之增加;在成形区凸面顶部为残余压缩应力-301MPa～-28MPa,而在成形凹面顶部因板料厚度的不同而呈现为残余压缩应力或拉伸应力。通过选择不同的激光参数和约束条件可以获得所需的工件轮廓形状和表面残余应力性质,为大面积板料的无模激光冲击成形技术的研究提供了依据。     

中空激光加载下板料位移和厚度分析

采用数值仿真的方法,研究了中空激光加载下板料成形过程中位移和厚度参量的变化过程,通过试验对中空激光冲击成形后板料的位移和厚度进行了测量,并与实心激光下板料的位移和厚度进行了对比。结果表明,加载区域内板料首先获得速度产生位移并向外扩展,带动中心板料快速成形并产生最大位移;厚度减薄首先发生于加载区域边界并向外扩展,板料中心和加载区域内板料快速减薄。中空激光冲击成形后板料的截面轮廓呈高斯曲线分布,板料中心区域减薄最多,其次是加载区域,其变形均匀性优于实心激光冲击下的板料变形。研究工作对提高激光冲击成形性能具有重要意义。     

激光诱导冲击成形的研究进展

激光冲击成形是一种利用高能短脉冲激光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。本文介绍了激光冲击成形的原理,系统阐述了成形工艺参数对成形质量的影响。在总结激光冲击成形研究现状的基础上,指出激光动高压加载驱动成形方法是激光冲击成形的发展方向。最后提出动高压加载驱动成形可以在微体积成形方面进行应用拓宽。     

激光冲击TC4材料硬化效应的实验研究

利用激光冲击波技术对TC4钛合金板料进行了材料硬化效应的实验研究, 所采用的激光波长1.064μm,脉宽23ns,能量35J,有效光斑直径8mm,脉冲的重复频率0.5Hz.并用ABAQUS软件对激光冲压TC4板料成形进行了仿真分析,探讨了材料的硬化效应对板料后续成形的影响,获得了在激光单点单次、双点双次冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓受材料硬化行为影响的规律.通过此类激光冲击实验可优化激光冲击的相关参数,精确控制板料变形.     

脉冲激光冲击LD31薄板变形的实验和数值模拟

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 ,本文利用Nd :Glass脉冲激光对厚度为 0 .8mm的LD31薄板进行激光冲击变形实验。所用激光参数为 :脉冲能量 15～ 30J,脉冲宽度 2 5ns ,光斑直径Φ8mm。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 ,建立了激光冲击波加载的数学模型 ,探索激光冲击的主要参数和板料变形之间的相互关系 ,为激光冲击变形工艺参数的优化、板料变形的理论分析 ,实现大面积金属板料的柔性激光冲压成形提供依据。     

激光喷丸后板料表面微观形貌的可视化数值研究

对不锈钢SUS304板料进行了激光喷丸成形的可视化数值模拟分析和实验研究。以有限元分析软件ABAQUS/CAE为平台,通过建立的激光喷丸过程冲击波加载的转换模型,把脉冲激光能量转换成冲击波压力,利用用户子程序解决了脉冲激光束连续逐点喷丸板料变形的轨迹控制,实现激光喷丸板料动态变形过程的可视化。通过所建立的模型,对脉冲激光喷丸后材料表面的微观塑性流动过程进行了分析,研究了表面微观形貌的变化。     

Al-Mg-Sc合金板料激光冲击成形的有限元分析

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型激光加工技术。基于激光冲击成形原理,建立了有限元模型,利用有限元分析软件MSC.Marc,对激光冲击载荷下Al-Mg-Sc板料成形过程进行模拟。结果表明:仿真结果与实验结果取得了良好的一致性,随着激光能量的增大,变形量增大;当激光能量大于30J时,板料最大变形量随着约束孔径的增大而增大,当激光能量小于30J时,板料最大变形量随着约束孔径的减小而增大,在距冲击中心9mm附近和冲击中心处,属于易破裂区域,距冲击中心3mm附近,应力值也比较大。     

板料激光喷丸弯曲成形机制与技术

板料激光喷丸弯曲成形是一种新技术,为中厚板料弯曲成形提供全新的手段,为强激光在板料塑性成形领域的应用开辟了新方向.激光喷丸弯曲成形是利用冲击波诱导的残余应力实现板料弯曲成形,其成形的效果与激光工艺参数、板料几何参数及材料性能等因素有关.根据喷丸路径,把激光喷丸弯曲成形件分为V形件、柱面件、球面圆顶件等.分析了激光喷丸弯曲成形方法及成形装置.最后,介绍了激光喷丸弯曲成形的实际运用并分析了其潜在应用.     

MEMS金属微构件的激光微喷丸强化技术分析与展望

介绍了适用于金属微构件处理的激光微喷丸技术,通过控制工艺参量和合理的路径规划,在试件表面产生有益的残余压应力分布,能有效提高工件的抗疲劳和磨损性能。概述了微喷丸技术的研究现状,总结了激光微喷丸的机理、关键技术和影响因素,分析了激光微喷丸研究中存在的问题,为今后激光微喷丸技术的进一步研究提供指导。     

LY12CZ铝合金激光喷丸变形

板料激光喷丸成形是通过强激光冲击金属板料所诱导的非均匀残余应力使板料产生塑性变形。报道了用波长为1.064μm,脉宽为23 ns的强激光对外形尺寸为75 mm×20 mm×1.2 mm的航空铝合金LY12CZ进行了喷丸冲击变形实验。实验结果表明,沿着试样的中心线进行喷丸,试样变形的弧弓高随着喷丸次数的增加而增加,经过多次冲击后,尽管冲击次数增加,试样的变形量增加不明显。在实验的基础上,建立了有限元分析模型,用三维体单元对板料激光弯曲成形过程进行了数值模拟,所得结果和实验结果较一致。     

受控激光喷丸强化技术

介绍了一种利用强脉冲激光诱导产生的冲击波压力来进行金属表面改性的新技术——受控激光喷丸强化技术，可以大幅度提高金属材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力，但疲劳寿命和抗应力腐蚀能力并不总随着喷丸强度的提高而线性增加。最佳的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力常出现在特定的残余压应力水平和分布下，也即取决于喷丸参数的最佳组合。由于激光喷丸中工艺参数对喷丸后工件表层的残余应力场有决定性的影响，如何依据已给的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力来合理确定喷丸强化的工艺参数成为目前主要的研究方向。受控激光喷丸的机理与残余应力的形成过程密切相关。首先在理论上研究了影响残余应力分布的激光喷丸工艺参数，如激光功率密度、脉冲宽度、光斑直径等，以及这些参数和残余应力层深度的关系。然后采用QT700-2试样进行激光喷丸强化对比实验，对激光喷丸后的残余应力场大小及其分布进行了无损检测。结果表明，在激光喷丸强化工件时，残余压应力层厚度存在一个最佳值，此时金属表面的疲劳性能和抗应力腐蚀性最优，喷丸工艺参数也达到一个最佳组合。     

中空激光冲击金属板料变形的数值模拟

为了研究中空激光参量对金属板料变形的影响,采用数值仿真的方法,选用不同的中空激光参量对3003铝合金板料进行了冲击成形数值模拟,分析了板料变形的动态响应过程以及成形规律。结果表明,中空激光加载后,板料获得初速度,光斑区域的速度逐渐减少,区域外的速度逐渐增加,带动整个板材的运动;与实心激光冲击板料变形比较,板料底部变形区较为平坦,变形比较均匀,提高了板料的成形性和成形极限。该研究通过选择不同的中空激光参量获得板料的成形规律,为中空激光冲击成形技术提供了依据。