鈦合金件激光彎曲成形精度控制與數(shù)值模擬研究.pdf

1、激光彎曲成形技術(shù)是一種通過激光加熱誘發(fā)材料內(nèi)應(yīng)力,從而產(chǎn)生形變的新型加工工藝,具有生產(chǎn)周期短、柔性大、無污染等特性。該技術(shù)采用非接觸熱態(tài)累積成形方式,非常適合加工鈦合金這種常溫下回彈能力強(qiáng)、冷成形困難的材料。
　　利用激光彎曲技術(shù)生產(chǎn)鈦合金航空器蒙皮,首先通過設(shè)計(jì)不同激光掃描速度和激光功率參數(shù)試驗(yàn),摸索出TC4鈦合金材料激光彎曲角度隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律。在表面不熔化前提下,找出單位時(shí)間內(nèi)彎曲角度最大的工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明鈦板激光

2、彎曲角度與掃描次數(shù)基本呈線性增加關(guān)系,與激光掃描功率成正比變化關(guān)系,與激光掃描速度成反比關(guān)系,與線能量密度成正比關(guān)系。
　　由于鈦合金在高溫下極易氧化,且板料受熱自由彎曲時(shí)會產(chǎn)生“邊緣效應(yīng)”,故制作專用夾具提供氣體保護(hù)、保持掃描線約束力一致和增大掃描線剛度作用。在最優(yōu)工藝參數(shù)條件下研究激光掃描策略對鈦合金板料成形過程的影響,通過設(shè)計(jì)不同激光掃描路徑和激光掃描線間隔距離,探索鈦合金件成形尺寸和形狀的變化規(guī)律。以固定激光掃描策略批量生

3、產(chǎn)航空器蒙皮,產(chǎn)品尺寸一致且均符合精度要求。金相組織顯示熱影響區(qū)內(nèi)相變析出針狀馬氏體,對材料的抗拉強(qiáng)度、延伸率以及硬度都有一定影響。
　　利用Ansys模擬仿真軟件建立物理計(jì)算模型,定義相關(guān)邊界條件并模擬激光熱源循環(huán)加載,得出鈦合金板料在激光彎曲過程中的溫度場、應(yīng)力場和應(yīng)變場分布云圖,以及板料各節(jié)點(diǎn)溫度、應(yīng)力和應(yīng)變隨時(shí)間的變化曲線。對比模擬計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證工藝參數(shù)對彎曲角度的影響規(guī)律。通過改變約束條件模擬板料在有無使用夾具時(shí)不