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。     

激光驱动飞片加载金属箔板成形的加载机制

介绍了激光驱动飞片加载金属箔板成形的方法.采用激光驱动飞片的Gurney模型,计算得出功率密度0.64 GW/cm2时,10μm厚的铝飞片速度可达到250 m/s,碰撞压力为1.9 GPa,是约束模型下激光诱导压力的3倍左右.表明激光驱动飞片加载的成形能力显著高于激光直接冲击;采用LS-DYNA软件数值模拟了激光驱动飞片加载铝箔微成形过程,发现冲击载荷下飞片应力、速度变化的模拟结果与理论计算吻合度较好,验证了激光驱动飞片加载机制的正确性.     

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。     

ANSYS/LSDYNA在金属板料激光冲成形过程模拟中的应用研究

针对激光冲击板料成形的特点 ,提出采用ANSYS/LSDYNA软件进行板料激光冲击成形的数值模拟。从激光冲击成形有限元模型的建立和网格划分、激光脉冲处理和加载、板料力学性能和边界条件等方面 ,分析了基于ANSYS/LSDYNA的激光冲击成形过程的三维有限元数值模拟中的一些关键问题的处理     

激光驱动复合飞片加载金属箔板的成形能力

激光驱动飞片加载金属箔板成形技术是一种新型微成形技术,其飞片的结构和性能是影响该技术成形能力和质量的主要因素之一。通过Spitlight 2000Nd:YAG激光器探究了复合飞片(主要由黑漆吸收层、聚酰亚胺隔热层和铝飞片组成)对激光驱动飞片加载金属箔板成形性能的影响。实验结果表明复合飞片能够增大工件的最大成形深度,同时工件形貌中心与模具中心的对中性更好,证明复合飞片在成形过程中对冲击波具有增压和均压作用,能够提高该技术的成形能力和质量。讨论了复合飞片提高成形能力和质量的原因,同时探究了激光能量和聚酰亚胺薄膜厚度对成形性能的影响。     

无模成形技术的研究概况及其进展

介绍了几种典型无模成形技术的研究概况,重点介绍了激光冲击成形的无模成形技术.激光成形是一种累积成形,一次激光冲击所产生的变形量很小,常需经过数次激光冲击的累积才能达到所需的变形量;而激光冲击成形是一个受诸多因素影响的过程.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的调整,因而无法获得期望的成形效果.本文简要论述了激光冲击成形的过程,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,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.     

激光驱动飞片加载下基体/薄膜层裂微成形研究

为了满足微成形技术产业化的需求,讨论了一种新的微成形方法—激光驱动飞片加载基体/金属薄膜层裂微成形技术,结合激光辐照效应及波的反射规律阐述了层裂微成形原理;优化了基体/金属薄膜层裂工艺,并且根据能量守恒原理,估算了层裂片的应变率和激光诱导冲击波的峰值压力。结果表明,随着脉冲能量的逐渐增大,工件层裂现象不断明显,直到金属薄膜上最后出现与模板微结构相同的特征结构,但基体始终保持完好,未出现裂纹或变形。通过激光驱动飞片加载基体/金属薄膜实现层裂微成形是可行的。     

脉冲激光冲击LY12CZ铝合金成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。本文利用钕玻璃强激光对厚度为1,2mm的LY12CZ铝合金板料进行了激光单点冲击成形的实验。利用ABAQUS软件对激光单点冲击成形过程进行了数值模拟,探讨了激光冲击次数和板料成形之间的关系,得出它们之间的关系曲线,为激光多点冲击成形奠定了基础,以及为实现板料复杂形状的激光冲击成形提供理论依据。     

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。     

激光驱动飞片加载金属箔板成形实验研究

提出了一种新的微成形方法--激光驱动飞片加载金属箔板微成形技术,结合飞片速度模型和加载压力模型阐述了成形机理,利用10μm厚的铝箔进行了初步成形实验.在体式显微镜下观察成形后的铝箔表面光滑,并且与模具的贴合程度较高,表现出很好的成形精度.考察了激光能量对铝箔成形深度的影响.通过表面轮廓形貌测量仪检测发现,成形深度受激光能量的影响比较大.在光斑直径为1 mm,单脉冲激光能量为25～40 mJ时,铝箔成形深度随激光能量基本呈线性关系增加,单脉冲激光能量在45～50 mJ时,铝箔由于破裂成形深度大幅增加.     

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。     

TC4钛合金板激光冲击成形实验研究

首次对TC4钛合金板进行了激光冲击成形实验研究,实现了TC4板的激光冲击成形。并利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和显微硬度计分析了冲击成形后试样组织结构和表层硬度的变化。实验结果表明激光冲击成形技术不但可以实现对TC4钛合金板的成形,而且还可以提高了TC4钛合金板的物理和力学性能。最后通过与SUS304不锈钢成形效果的比较,说明了TC4钛合金比SUS304不锈钢更难成形。     

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。     

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。     

激光立体成形Ti-Al-V系的合金力学性能

研究了以元素粉末为送进原料时,激光立体成形(LSF)Ti-Al-V系合金的力学性能。结合激光立体成形Ti-xAl-yV(x≤10,y≤25)合金的硬度测试分析和人工神经网络模型优化,获得激光立体成形Ti-xAl-yV合金成分-硬度的关系。选择典型成分合金进行室温拉伸性能测试,在此基础上获得激光立体成形钛合金抗拉强度与显微硬度的比例因子K值为2.86～3.00,可实现对激光立体成形Ti-xAl-yV(x≤10,y≤25)合金的抗拉强度预测。另外,室温拉伸性能测试结果表明,激光立体成形Ti-4Al-3V、Ti-5Al-3V、Ti-4Al-4V、Ti-5Al-4V以及Ti-3Al-6V沉积态的综合室温拉伸性能均达到Ti-6Al-4V合金的锻件标准。     

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。     

激光立体成形粉末流输送的数值模拟研究

激光立体成形(LSF)技术是一项基于同步送粉激光熔覆技术的先进增材制造技术。粉末流的输送对于沉积层的形成至关重要。通过建立载粉气流的湍流模型并基于粉末颗粒在气体湍流中的运动分析,采用数值模拟方法建立粉末流输送的数学模型,并利用Fluent软件进行求解,从而获得粉末流的质量浓度分布。将实验测量结果与模拟计算结果进行对比分析。结果表明,计算结果与实验测量结果比较吻合。对比粉末粒径范围为50~240μm的粉末流和粉末粒径范围为65~75μm的粉末流的模拟结果发现,在相同送粉工艺条件下,粒径分布范围不同则粉末流颗粒质量浓度有明显差异。     

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。