激光快速成形过程的实时监测与闭环控制

激光快速成形是一个受多因素影响的过程,在开环控制条件下,工艺条件改变时,成形系统不能做出适当地调整,因而无法获得期望的成形效果。为了解决这个问题,国内外研究机构发展了基于实时监测原理的闭环控制系统,通过不断地调整加工工艺,最终获得了几何性能(尺寸精度、表面粗糙度)和力学性能达到设计要求的三维实体零件。本文简要论述了激光快速成形过程的影响因素,并介绍了目前激光快速成形实时监测与闭环控制技术的发展现状,列举了部分监控系统,并对激光快速成形过程的监测与闭环控制系统的进一步发展提出了自己的见解。     

激光半模冲击成形中板料反向变形现象研究

为了研究激光半模冲击成形在工业领域的实际应用,利用钛合金薄板作为试样进行波形零件的冲击试验,冲击过程中发现试样局部区域产生了反向变形,尤其在薄板中心区域反向变形现象更为严重.板料的反向变形使板料不能与凹模密切贴合,严重影响了冲击成形的质量.通过分析发现,由于激光能量较高,使板料与凹模凹陷处接触时的残余速度过高,从而导致板料与凹模发生剧烈碰撞.当板料因碰撞产生的反向运动速度大于板料反向屈服的速度阈值时将会产生影响成形质量的反向变形.通过调整激光能量避免了反向变形的发生,得到了理想的波形零件.实验与分析的结果表明,在满足半模冲击成形塑性变形量的基础上,采用较低的激光能量,既可避免反向变形的产生,又可保证半模冲击成形的质量.     

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。     

AlMgSc合金板激光冲击成形实验研究

A lMgSc是航空航天等尖端领域的一种新型轻合金结构材料。利用江苏大学强激光研究所的高功率钕玻璃激光器对A lMgSc合金板进行了激光冲击成形实验研究,用TaylorHobson三坐标表面轮廓测量机测量了冲击后板料的变形量以及表面的粗糙度。实验结果表明:约束层的刚度越大,激光诱导的冲击波力越大,板料的变形量越大;当只有激光能量大于某一临界值(该值与材料本身有关)时,板料的变形量才随着凹模孔径的增大而增大;板料的变形量随着半径方向的冲击波压力变化而不同。最后介绍了压力测量原理及其公式。     

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。     

遮光法测量铝薄板高压加载下的动态特征量

为了检测强脉冲激光冲击加载材料发生的动态变化,采用遮光原理设计了一种新的检测仪器,能较为准确地检测出在冲击过程中试样的动态特征量。结果表明,铝薄板（L2）在激光冲击成形过程中弹性变形和塑性变形同时存在,塑性变形的时间远远大于弹性变形。试样中心区域在弹性变形阶段的平均变形速率为3.2103m/s,试样的平均应变率为8.9 104s-1。该结果为相关激光冲击成形技术发展提供了实验依据。     

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.     

激光快速成形过程中熔覆层的两种开裂行为及其机理研究

激光快速成形技术是在激光熔覆技术及快速原型技术的基础上发展起来的一项新的先进的制造技术,能够实现高性能致密金属零件的快速无模近终形制造。但是,如果成形条件控制不当,易于在成形件中产生裂纹、气孔、夹杂、层间结合不良等缺陷,而裂纹是成形过程中最常见、破坏性最大的一种缺陷。本文采用微观测试分析方法,深入研究了激光快速成形某些合金粉末过程中熔覆层的开裂行为及裂纹形成机理。研究结果表明,对于镍基自熔合金,熔覆层的开裂属于冷裂纹范畴,是熔覆合金的低延性及成形过程中热应力双重作用的结果。对于奥氏体不锈钢等材料,熔覆层的开裂属于热裂纹范畴,裂纹产生的主要原因是由于凝固温度区间内晶界处的残余液相受熔覆层中的热应力作用所导致的液膜分离的结果。     

3003铝合金激光冲击微挤压成形研究

微挤压模约束下的激光冲击微体积成形技术是利用激光诱导的冲击波使局部金属在凹模约束下产生体积变形的一种成形新技术。为了分析不同板厚(0.12mm,0.15mm,0.17mm和0.22mm)的3003铝合金在不同凹模孔径(0.4mm,0.7mm,0.9mm和1.1mm)约束下的成形深度,采用建立有限元模型进行数值分析的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了不同板厚和不同孔径成形下成形深度的数据。结果表明,成形深度随板厚的增大而增大趋势逐渐减小;对于同一厚度,板料成形深度随孔径的增大呈非线性增大趋势;对于同一点冲击,冲击次数对板料的成形深度影响很大。数值分析结果与实验吻合度较好,这一结果对微体积成形质量控制是有帮助的。     

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。     

单次激光冲击下板料变形的理论分析

金属板料的激光冲击成形(LSF)技术是利用高能激光诱导的高幅冲击波的力效应，而非热效应。它是在激光冲击强化基础上拓展出的又一崭新的研究领域。根据爆轰波和爆炸气体动力学理论，建立了板料激光冲击成形中，激光-能量转换体-靶材系统的冲击波压力的物理模型和理论估算式。通过对激光冲击波载荷作用下板料变形过程的理论分析，建立激光冲击板料变形的数学模型，得到板料变形量与加工系统中各种参数之间的相互关系，为加工过程中各种参数的合理优化，板料变形过程的有效控制，实现大面积金属板料的激光冲击成形提供了理论依据。     

激光微冲击成形技术分析与展望

激光微冲击成形(μLSF)是利用微尺度脉冲激光和材料相互作用产生高幅冲击波压力实现材料微小塑性变形的技术,其综合了激光成形、冲击强化和塑性成形等技术的优点,通过控制激光工艺参数和合理的路径规划获得所需的微观几何形状和表面质量,具有良好的柔性,在材料微塑加工领域具有显著的技术优势。在介绍激光微冲击成形技术原理和特点的基础上,分析了微尺度激光冲击成形中的压力模型、本构模型及其工艺方法,讨论了激光微冲击成形中涉及的关键技术,综述了激光微冲击成形表面的质量及相关性能的研究现状,指出当前激光微冲击成形研究中存在的问题,并对今后的研究做了展望。     

激光冲击铜箔飞片及其复合成形研究

提出了一种激光冲击形成飞片,进而驱动飞片直接成形工件的复合工艺。结合剪切模具,使用波长1064nm的Nd:YAG平顶型短脉冲激光束,在厚度为50μm的铜箔上冲击得到高质量飞片,利用高速飞片直接在成形模具上进行塑性成形,获得了具有良好成形效果的胀形件和环形剪切件。对激光冲击驱动飞片复合成形的机理和性能进行了探讨,并对实验过程中出现的现象及问题进行了初步分析。作为一种高效冲压成形方法,不仅拓展了激光微冲击成形技术的应用领域,也为激光驱动飞片加载金属薄板成形微结构等研究提供了参考。     

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。     

金属板材激光热成形非期望变形的数值模拟研究

在激光热成形中工件除了产生期望的弯曲变形外,还会产生非期望变形.尽管在常规热成形中可以不予考虑,但对于成形精度要求较高的工件.这些成形误差不仅会影响工件的装配精度,也会严重影响工件的使用寿命.为了减小成形工件的非期望变形,探讨优化的成形工艺,在分析激光热成形中温度分布与不同位置冷态材料对加热区域约束力变化的基础上,揭示出非期望变形的产生机制,并提出两种新的扫描策略.研究结果表明,选用不同的扫描策略,板材的非期望变形量不同.因此,在实际的工业应用中,需要针对不同的成形要求,选用不同的激光扫描策略,以提高工件的成形精度.     

铝合金板激光冲击变形实验及有限元模拟

为了研究金属板料在脉冲激光辐照下的响应、激光冲击下板料的变形特性、激光脉冲能量对金属板料变形量的影响以及脉冲激光光斑内冲击波压力的分布情况,采用高功率钕玻璃激光系统对LD31板进行了单次冲击变形实验,同时利用有限元软件ABAQUS对板料变形过程进行了模拟。结果表明,激光冲击条件下板料变形时呈现粘塑性性质;激光脉冲能量是影响板料变形量的主要因素,且板料变形大小随脉冲能量的增加呈非线性增大;激光冲击时激光光斑作用区域内冲击波压力并不是均匀分布,而是沿径向减小。