不銹鋼薄板激光誘導(dǎo)無模成形技術(shù)的研究.pdf

1、金屬板材的成形通常需要借助于模具來完成，不但成本高，而且周期長，近幾年金屬板材無模成形技術(shù)受到極大的關(guān)注。激光誘導(dǎo)無模成形就是新型無模成形技術(shù)中的一種。板材的激光誘導(dǎo)無模成形實質(zhì)上是基于材料的熱脹冷縮特性、以高能激光為熱源的一種熱應(yīng)力自然塑性成形方法。激光的高精度和高柔性為這一技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用提供了獨特的優(yōu)勢。一個零件的成形，通常需要在一個區(qū)域內(nèi)規(guī)劃軌跡進行多次掃描，因此，研究不同種類激光的成形規(guī)律和金屬材料在激光掃描下的溫度場、應(yīng)

2、力場對變形速率的影響規(guī)律具有重要的理論和實際意義。本文在參考了國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，計算分析了激光脈沖參數(shù)對不銹鋼薄板彎曲程度的影響規(guī)律；研究了不同掃描軌跡形成的三維薄板曲面，揭示了正方形薄板在交叉線掃描軌跡下彎曲成形球冠面的成形過程。為有效提高激光誘導(dǎo)無模成形的效率和精度，實現(xiàn)三維形狀的精確預(yù)測提供了堅實的理論基礎(chǔ)。
　　本文首先對激光誘導(dǎo)無模成形的熱彈塑性本構(gòu)模型進行了分析，同時利用顯式動力學(xué)方法建立了激光誘導(dǎo)無模成形熱力耦

3、合數(shù)學(xué)模型。采用分區(qū)分流分能量熱流密度方法處理單元載荷，并采用跟隨邊界條件模擬了正方形薄板在交叉線掃描軌跡下彎曲成形球冠面的物理過程，在激光熱源行進過程中，上下表面的溫度梯度是薄板變形的關(guān)鍵影響因素，薄板的塑性變形與之有著強烈的依存關(guān)系，激光誘導(dǎo)的內(nèi)部彈性應(yīng)力波直接影響著薄板內(nèi)質(zhì)點的運動狀態(tài)，計算了薄板在激光作用過程中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)及運動學(xué)參數(shù)，為進一步的優(yōu)化參數(shù)提供了堅實的理論基礎(chǔ)。
　　本文采用波長1.06μm的脈沖式Nd:Y

4、AG激光束，建立了薄板激光誘導(dǎo)無模成形系統(tǒng)，進行了不同掃描軌跡下的激光誘導(dǎo)二維和三維成形試驗研究。在能量因素、幾何因素、材料因素等層面研究了不同參數(shù)與彎曲程度之間的關(guān)系，同時針對不同形狀薄板采用不同掃描軌跡試驗成形了球冠面和馬鞍面，研究結(jié)果表明：對于軸對稱的圓形和正方形板材在從外向內(nèi)的交叉線掃描軌跡作用下成形為球冠面，矩形薄板在激光中心向外射線路徑的掃描下，成形為馬鞍形曲面。從薄板幾何形形狀、掃描軌跡、能量因素等層面研究了各因素對薄板形

5、狀參數(shù)的影響規(guī)律，成形板的中心高度整體上是隨激光功率的增加而增大的，成形正方形薄板的中心高度與掃描次數(shù)基本上呈現(xiàn)一種線性上升關(guān)系。
　　針對脈沖激光作用的特點，對脈沖激光參數(shù)對薄板誘導(dǎo)成形的影響規(guī)律進行了探索，以及材料在脈沖激光掃描后的微觀組織以及力學(xué)性能的變化。研究結(jié)果表明：在脈沖寬度一定的情況下，彎曲角度隨脈沖頻率的增加先增大后減小；保證相同脈沖頻率和單脈沖能量的前提下，彎曲角度隨著脈沖寬度的增加而逐漸增大；而對于單脈沖能量而