激光弯曲成形技术
激光弯曲成形是利用激光束照射材料表面所形成的温度梯度而导致的热应力应变使金属板材或管材达到预定的变形并改善其性能.它是一种不需要借助其他弯曲工具或外力的柔性成形工艺.在原型制造方面,这种工艺比传统方法更经济.(1)设备构成.激光弯曲成形设备主要由激光机床、数控系统和实时监测系统构成.工作过程中,监测系统将工件的变形量等数据实时地传输给控制系统,通过数据库或专家系统的比较、修正后,再将新的控制指令发送给运动机构,从而达到较精确弯曲变形控制.(2)激光弯曲机制.激光弯曲机制有温度梯度机制、Buckling机制、增厚机制.温度梯度机制用于解释板材的正向弯曲.如果板材比较薄,光斑较大,扫描速度低,则热量在上下表面之间的传输很充分,不存在足够的温度梯度,温度梯度主要表现在扫描线两侧方向上,此时起作用的为Buckling机制,导致扫描线两侧金属板向下翘曲,产生反向弯曲.增厚机制描述的是金属薄层在激光的加热作用下产生体积膨胀,由于周边受约束,因此受到扫描的金属将在上下方向产生挤出增厚现象,冷却后,由金属整体体积不变可知,金属件将发生缩短现象.(3)数值模拟.在数值模拟之前,对加工的条件主要作了如下假设:材料是各向同性且连续的;非线性加工硬化的弹塑性变形假定,塑性变形服从Von Mises定律;相对激光扫描路径,变形是对称的;相对激光输入的能量,由塑性变形产生的热量小到可忽略不计;整个激光弯曲过程金属无熔化现象.(4)板材的弯曲.研究结果表明:功率相同时,扫描速度降低将使弯曲角度增大;弯曲角度随金属板材厚度的增加而减小;板材的宽度也会影响弯曲角度,板宽小于40?mm时,随着宽度的增加,弯曲角度也将增大,但板宽超过40?mm后,板宽对弯曲角度将没有明显的影响.(5)管材的弯曲.板材的激光弯曲成形模型可扩展应用到管材的成形.专家认为管材的成形机制是Buckling机制和增厚机制的叠加.它使得管材在激光弯曲过程中弯曲内侧出现增厚现象,而弯曲外侧的壁厚仍保持不变.加工硬化对金属材料的硬度有影响.在相同峰值温度条件下,当激光扫描速度由80?mm/s提高到170?mm/s时,加工硬化减弱,硬度也因此降低了约7%.当激光扫描速度由80?mm/s提高到170?mm/s时,应变速率提高近1倍,残余应力的增加约为15%.(谭永生)
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2004-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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