激光沖擊軟模微彎曲成形數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、基于傳統(tǒng)彎曲成形技術(shù)發(fā)展起來的微彎曲成形技術(shù)是一種重要的微成形加工技術(shù)，但是由于微沖頭的制造、微沖頭和微模具之間對準性難以控制，以及由于尺度效應(yīng)的影響等使得問題變得復(fù)雜。近些年來，積極探索尋求新的微彎曲成形工藝逐漸成為了研究熱點。
　　 本文提出了一種新穎的激光沖擊軟模微彎曲成形工藝方法。首先，研究了激光沖擊軟模微彎曲成形技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)理論，包括其技術(shù)原理、激光與物質(zhì)作用的力效應(yīng)模型、沖擊波在不同阻抗介質(zhì)之間傳播的特性、高沖擊載

2、荷下材料的動態(tài)響應(yīng)等問題。
　　 其次，根據(jù)沖擊載荷的作用機理以及材料動態(tài)響應(yīng)過程，采用ANSYS/LS-DYNA軟件對基于單槽模具的激光沖擊軟模微彎曲成形過程進行了模擬仿真，其中軟模為聚氨酯橡膠材料，工件為銅箔。采用Johnson-cook模型及Mooney-Rivlin模型模擬了軟模的硬度和厚度、激光能量、工件厚度、模具深徑比對微彎曲的影響。分析結(jié)果顯示，工件成形深度隨著軟模硬度或厚度的減小而增加，隨著工件厚度的降低而增加，

3、隨著激光能量的增大而增加，隨著模具深徑比的減小而增加。并且對激光沖擊軟模微彎曲成形和激光直接沖擊彎曲成形進行了對比模擬分析，結(jié)果顯示，采用軟模比激光直接沖擊獲得的工件成形深度深很多、輪廓形狀更均勻、與模具形狀更接近，說明了沖擊波由軟模傳播到銅箔時獲得了增壓效果，而且驗證了軟模有很好的充型和均壓功能。本文還對基于多槽模具的激光沖擊軟模微彎曲成形和激光直接沖擊彎曲成形進行了對比模擬仿真，結(jié)果顯示采用軟模獲得的成形工件上的多槽特征比較均勻，說

4、明軟模具有很好的均壓作用。
　　 接著，根據(jù)數(shù)值模擬分析獲得的合理參數(shù)設(shè)計了基于單槽模具的激光沖擊軟模微彎曲成形實驗，利用Spitlight2000 THG脈沖激光器研究了軟模厚度和激光能量對彎曲成形的影響，同時還分別進行了基于單槽和多槽模具的激光沖擊軟模微彎曲成形與激光直接沖擊彎曲成形對比實驗。利用AxioCSM700真彩色共聚焦掃描顯微鏡和KEYENCE VHX-1000-超景深三維顯微系統(tǒng)對成形后的工件進行了觀察，發(fā)現(xiàn)軟模

5、微彎曲成形工件更加均勻，質(zhì)量更加優(yōu)異，并且與模具形狀更加接近，說明聚氨酯橡膠在成形過程中起到了很好的均壓、減小激光空間分布與提高充型能力的作用。結(jié)果顯示，實驗獲得了與模擬分析比較吻合的結(jié)果和結(jié)論，說明數(shù)值模擬分析能清楚地揭示成形過程，并能很好的預(yù)測實際實驗結(jié)果。
　　 最后，還進行了激光驅(qū)動飛片加載軟模微彎曲成形實驗，驗證了該工藝方法的可行性，也驗證了采用飛片和軟模組合獲得了更好的均壓效果，工件成形質(zhì)量更加優(yōu)異，改善了激光驅(qū)動飛