鈦合金件激光彎曲成形精度控制與數值模擬研究.pdf

1、激光彎曲成形技術是一種通過激光加熱誘發(fā)材料內應力,從而產生形變的新型加工工藝,具有生產周期短、柔性大、無污染等特性。該技術采用非接觸熱態(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、冷成形困難的材料。
　　利用激光彎曲技術生產鈦合金航空器蒙皮,首先通過設計不同激光掃描速度和激光功率參數試驗,摸索出TC4鈦合金材料激光彎曲角度隨工藝參數的變化規(guī)律。在表面不熔化前提下,找出單位時間內彎曲角度最大的工藝參數。試驗結果表明鈦板激光

2、彎曲角度與掃描次數基本呈線性增加關系,與激光掃描功率成正比變化關系,與激光掃描速度成反比關系,與線能量密度成正比關系。
　　由于鈦合金在高溫下極易氧化,且板料受熱自由彎曲時會產生“邊緣效應”,故制作專用夾具提供氣體保護、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,通過設計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、產航空器蒙皮,產品尺寸一致且均符合精度要求。金相組織顯示熱影響區(qū)內相變析出針狀馬氏體,對材料的抗拉強度、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算模型,定義相關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、應力場和應變場分布云圖,以及板料各節(jié)點溫度、應力和應變隨時間的變化曲線。對比模擬計算和試驗結果,驗證工藝參數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不