【摘要】：激光噴丸成形技術(shù)具有非接觸、無模、高效靈活等優(yōu)點(diǎn),還能在金屬材料的深度方向引入殘余壓應(yīng)力以提高金屬材料的抗疲勞、耐腐蝕等性能。因而受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。本文在研究了激光噴丸成形單曲率彎曲件工藝規(guī)律的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了激光噴丸成形S形雙曲率彎曲件的工藝規(guī)律,還通過實(shí)驗(yàn)制造了三維扭曲件,并對激光噴丸成形后金屬板材彎曲曲率的估算解析公式進(jìn)行了理論研究。主要研究內(nèi)容和相關(guān)結(jié)論如下:(1)激光噴丸成形單曲率件工藝規(guī)律的數(shù)值仿真研究。在ABAQUS中建立三維仿真模型,研究了激光能量、板材厚度、沖擊區(qū)面積、光斑搭接率等對2024鋁合金板材單曲率彎曲成形的影響規(guī)律。結(jié)果表明:激光能量相同時(shí),板材在厚度較小時(shí)發(fā)生Concave彎曲,在厚度較大時(shí)發(fā)生Convex彎曲;增大沖擊區(qū)面積或提高光斑搭接率會(huì)加大變形量,但是不會(huì)改變彎曲方向。(2)激光噴丸成形工藝規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究了激光能量、板材厚度、沖擊區(qū)面積、光斑搭接率等對2024鋁合金板材單曲率彎曲成形的影響規(guī)律;在單曲率彎曲成形的工藝規(guī)律基礎(chǔ)上,探討了S形雙曲率彎曲件的制造方法并研究了上述激光加工參數(shù)對S形雙曲率彎曲成形的影響規(guī)律;優(yōu)化選擇激光加工參數(shù)和沖擊路徑,實(shí)驗(yàn)制造了三維扭曲件。研究發(fā)現(xiàn):激光噴丸成形的單曲率彎曲成形的實(shí)驗(yàn)工藝規(guī)律與仿真的工藝規(guī)律基本一致;相同激光加工參數(shù)下,S形雙曲率彎曲成形的兩個(gè)沖擊區(qū)的變形量基本一致;實(shí)驗(yàn)中相同激光加工參數(shù)對S形彎曲板材單個(gè)沖擊區(qū)變形量的影響規(guī)律與對單曲率彎曲板材變形量的影響規(guī)律基本一致。(3)激光噴丸成形解析曲率的研究。建立了曲率解析公式以估算激光噴丸成形后板材的彎曲曲率。基于內(nèi)力和內(nèi)力矩平衡方程建立了在應(yīng)力梯度機(jī)制占主導(dǎo)作用的情形下Convex彎曲的解析模型;基于能量轉(zhuǎn)化的原理建立了在沖擊彎曲機(jī)制占主導(dǎo)作用的情形下的Concave彎曲的解析模型。綜合考慮了應(yīng)力梯度機(jī)制和沖擊彎曲機(jī)制的耦合作用,給出了最終的曲率估算解析公式。并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證曲率解析公式的計(jì)算精度,得到如下結(jié)論:對于Convex彎曲,解析模型中當(dāng)應(yīng)力梯度機(jī)制在板材彎曲成形過程中完全占主導(dǎo)作用時(shí),曲率解析公式可以預(yù)測隨著激光能量增大,Convex曲率也增大的變化趨勢。對于Concave彎曲,解析模型中當(dāng)沖擊彎曲機(jī)制在板材彎曲成形過程中完全占主導(dǎo)作用時(shí)曲率解析公式可以預(yù)測隨著激光能量增大,Concave曲率也增大的變化趨勢。模型建立過程中對相關(guān)條件的過度簡化是造成解析曲率和實(shí)驗(yàn)曲率存在偏差的一個(gè)重要原因。
【圖文】：

圖 1.1 激光沖擊強(qiáng)化的原理圖[5]Fig.1.1 Schematic diagram of LSP[5]優(yōu)點(diǎn)如下[6-8]：激光的大部分能量被吸收層吸收用于形成遞到金屬表面的能量很少，金屬材料表面沒有熱損傷，因?qū)Σ牧系臒嵊绊懣梢院雎裕患す鉀_擊持續(xù)時(shí)間短但沖擊波金屬材料引入深度甚至超過 1mm 的殘余壓應(yīng)力，強(qiáng)化效可重復(fù)性和可控性強(qiáng)，激光既可以采用光斑搭接的形式進(jìn)高強(qiáng)化效果，，同時(shí)還可以在同一位置進(jìn)行多次沖擊以強(qiáng)化作為激光強(qiáng)化的能量源與其他設(shè)備集成可以提高加工靈活件進(jìn)行強(qiáng)化，如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，齒輪等。

圖 1.1 激光沖擊強(qiáng)化的原理圖[5]Fig.1.1 Schematic diagram of LSP[5]激光沖擊強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn)如下[6-8]：激光的大部分能量被吸收層吸收用于形成沖擊波，透過吸收層傳遞到金屬表面的能量很少，金屬材料表面沒有熱損傷，因此激光沖擊強(qiáng)化過程中對材料的熱影響可以忽略；激光沖擊持續(xù)時(shí)間短但沖擊波的峰值壓強(qiáng)大，可以給金屬材料引入深度甚至超過 1mm 的殘余壓應(yīng)力，強(qiáng)化效果顯著；激光沖擊強(qiáng)化可重復(fù)性和可控性強(qiáng)，激光既可以采用光斑搭接的形式進(jìn)行多點(diǎn)大面積沖擊以提高強(qiáng)化效果，同時(shí)還可以在同一位置進(jìn)行多次沖擊以強(qiáng)化首次沖擊的效果；激光作為激光強(qiáng)化的能量源與其他設(shè)備集成可以提高加工靈活性對各種復(fù)雜形狀的零件進(jìn)行強(qiáng)化，如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，齒輪等。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG668;TG146.21

【參考文獻(xiàn)】

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4 張興權(quán);張永康;周建忠;顧永玉;;窄條激光噴丸成形有限元分析[J];航空學(xué)報(bào);2009年04期

5 姜銀方;劉赤榮;石朝陽;應(yīng)才蘇;朱元右;;板料激光噴丸彎曲成形機(jī)制與技術(shù)[J];應(yīng)用激光;2008年05期

6 周建忠;杜建鈞;黃舒;楊超君;;金屬板料的激光噴丸變形理論[J];材料研究學(xué)報(bào);2007年06期

7 張興權(quán);張永康;周建忠;顧永玉;;基于激光噴丸的板料成形試驗(yàn)研究[J];塑性工程學(xué)報(bào);2007年05期

8 周建忠;倪敏雄;張永康;楊超君;杜建鈞;曹向廣;;金屬板料激光噴丸成形理論研究與數(shù)值模擬[J];中國激光;2007年02期

9 張興權(quán);張永康;周建忠;顧永玉;杜建鈞;;金屬板料激光冷塑性彎曲的研究[J];航空學(xué)報(bào);2007年01期

10 顧永玉;張永康;張興權(quán);史建國;;約束層對激光驅(qū)動(dòng)沖擊波壓力影響機(jī)理的理論研究[J];物理學(xué)報(bào);2006年11期

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1 杜建鈞;周建忠;張興權(quán);倪敏雄;;金屬板料的兩種噴丸成形技術(shù)——機(jī)械噴丸成形與激光噴丸成形[A];2005年中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2005年

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2 丁華;金屬板料激光沖擊變形機(jī)理及鋁板校形研究[D];江蘇大學(xué);2010年

3 張興權(quán);金屬板料激光噴丸成形機(jī)制研究與數(shù)值分析[D];江蘇大學(xué);2007年

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3 趙抒怡;激光誘導(dǎo)沖擊波在層狀介質(zhì)中的傳輸特性研究[D];江蘇大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2591004