[分享]激光彎曲成形技術(shù)的原理及其應(yīng)用 [復(fù)制鏈接]

一、前言 qmEoqU  
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    借助于模具來完成的傳統(tǒng)金屬塑性加工，不能完全適應(yīng)制造業(yè)多品種小批量的生產(chǎn)方式。板料激光成形是一種新興的塑性加工方法。這是一種無模具、無外力的非接觸式熱態(tài)積累成形技術(shù)，具有生產(chǎn)周期短，柔性大，精度高等特點(diǎn)。并且，借助紅外測(cè)溫儀及形狀測(cè)量?jī)x, 可在數(shù)控激光加工機(jī)上實(shí)現(xiàn)全過程閉環(huán)控制, 從而保證工件質(zhì)量, 改善工作條件。板材激光彎曲作為一種新型無模具成形技術(shù)正日益受到板材成形加工界的密切關(guān)注，其基本原理是：利用高能激光束掃描金屬板材表面時(shí)形成的非均勻溫度場(chǎng)導(dǎo)致的熱應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)塑性變形的工藝方法。當(dāng)激光束相對(duì)于板料的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線時(shí)，便得到v形彎曲件；當(dāng)運(yùn)動(dòng)軌跡不重復(fù)或?yàn)榉侵本�時(shí)，便得到符合彎曲的異形件。所以，激光成形常常被稱為激光彎曲成形或激光彎曲。激光成形技術(shù)不僅能夠完成平板的彎曲、卷曲、淺拉伸等工藝，還可進(jìn)行曲板的反彎曲、校平或卷板的開卷，以及方管或圓管的彎曲、縮口、脹形等。盡管對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究尚處于起步階段，關(guān)于其變形機(jī)理的解釋是初步的，對(duì)于其成形過程中的各種影響因素也還缺少理論分析和定量描述，但板材激光彎曲成形的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)已使人們感受到它所潛在的巨大效益，其工業(yè)應(yīng)用可以遍及航空、航天、微電子、船舶制造和汽車工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。本文綜述了激光彎曲成形的研究現(xiàn)狀，并對(duì)其應(yīng)用范圍和發(fā)展前景做了展望。 m=H_?W;  
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二、板材激光彎曲成形的研究現(xiàn)狀 6z Ay)~  
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2.1板材激光成形機(jī)理 T8U[xu.>  
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    根據(jù)激光加熱時(shí)板料厚度方向的溫度分布，激光成形有以下四種機(jī)理：①溫度梯度機(jī)理。當(dāng)金屬板料的一側(cè)受到激光的照射時(shí)，當(dāng)金屬板料的一側(cè)受到激光照射時(shí)，在照射區(qū)域的厚度方向會(huì)產(chǎn)生很大的溫度梯度。由于溫度的不同, 在靠近光源的區(qū)域金屬材料容易受熱產(chǎn)生膨脹變形, 使板料彎向反向區(qū)域, 但彎曲量會(huì)很小, 在背向光源的區(qū)域由于沒有受到激光的照射溫度變化不大, 而受熱膨脹區(qū)域會(huì)受到周圍區(qū)域的約束而產(chǎn)生壓應(yīng)變。在冷卻時(shí), 熱量流向周圍的材料, 變形區(qū)的材料收縮, 它們會(huì)對(duì)壓縮區(qū)的材料產(chǎn)生拉應(yīng)力, 但是變形區(qū)的材料難以恢復(fù)原來的形狀, 從而使板料彎向靠近光源的方向。如圖1-a，此時(shí)所獲得的變形類似于板料的三點(diǎn)折彎成形。②屈曲機(jī)理。如果加熱區(qū)過大, 材料的熱傳導(dǎo)率高且厚度過小時(shí), 在板料厚度方向上的溫度梯度就會(huì)很小, 由于周圍材料的約束會(huì)使加熱區(qū)板料產(chǎn)生壓應(yīng)力, 當(dāng)壓應(yīng)力超過材料的屈服應(yīng)力時(shí), 加熱區(qū)的材料產(chǎn)生局部失穩(wěn), 產(chǎn)生彎曲, 在進(jìn)行冷卻時(shí), 周圍材料對(duì)變形區(qū)的約束力減小, 從而使板料產(chǎn)生更大的彎曲變形。如圖1-b，此時(shí)所獲得的變形類似于薄板在板平面方向施加擠壓力時(shí)的變形。③增厚機(jī)理，加熱區(qū)的材料受熱膨脹后, 由于受到周圍材料的約束, 所以在厚度方向上材料就會(huì)產(chǎn)生較高的內(nèi)部壓應(yīng)力使材料堆積, 這樣就會(huì)使材料厚度方向增加而長(zhǎng)度或?qū)挾葴p少, 在冷卻過程中, 加熱區(qū)的材料不能恢復(fù)從而產(chǎn)生增厚。通過選擇正確的加熱路徑, 可以實(shí)現(xiàn)零件的加工。如圖1-c，此時(shí)所產(chǎn)生的變形類似于厚板在平面方向施加擠壓力時(shí)的變形。④彈性膨脹機(jī)理，當(dāng)激光僅照射一個(gè)局部區(qū)域時(shí), 在板料加熱區(qū)導(dǎo)致的熱膨脹要比溫度梯度機(jī)理大, 同時(shí)熱膨脹表現(xiàn)在局部, 會(huì)使板料產(chǎn)生純的彈性變形，從而使板料產(chǎn)生小的彎曲。 但是這種彎曲是有限的, 因此, 我們可以通過對(duì)鄰近區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)或塊的照射方式來增大變形，如圖1-d。但是，這種機(jī)理不能通過在同一個(gè)位置反復(fù)加熱來進(jìn)一步加大變形量，因?yàn)檫@樣會(huì)使上次獲得的彈性變形產(chǎn)生松馳，而通常采用對(duì)鄰近區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)或塊照射的方式來增大變形。 gt/!~f0r  
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2.2板材激光成形的影響因素 >5.zk1&H  
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  板料的激光成形是一種非常復(fù)雜的熱力耦合過程，影響其成形的因素主要有：
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