發(fā)布時間：2020-03-20 01:10

【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,還能在金屬材料的深度方向引入殘余壓應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,還通過實驗制造了三維扭曲件,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,板材在厚度較小時發(fā)生Concave彎曲,在厚度較大時發(fā)生Convex彎曲;增大沖擊區(qū)面積或提高光斑搭接率會加大變形量,但是不會改變彎曲方向。(2)激光噴丸成形工藝規(guī)律的實驗研究。實驗研究了激光能量、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,實驗制造了三維扭曲件。研究發(fā)現(xiàn):激光噴丸成形的單曲率彎曲成形的實驗工藝規(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沖擊區(qū)的變形量基本一致;實驗中相同激光加工參數(shù)對S形彎曲板材單個沖擊區(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�；趦�(nèi)力和內(nèi)力矩平衡方程建立了在應力梯度機制占主導作用的情形下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制占主導作用的情形下的Concave彎曲的解析模型。綜合考慮了應力梯度機制和沖擊彎曲機制的耦合作用,給出了最終的曲率估算解析公式。并通過實驗驗證曲率解析公式的計算精度,得到如下結(jié)論:對于Convex彎曲,解析模型中當應力梯度機制在板材彎曲成形過程中完全占主導作用時,曲率解析公式可以預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,解析模型中當沖擊彎曲機制在板材彎曲成形過程中完全占主導作用時曲率解析公式可以預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驗曲率存在偏差的一個重要原因。
【圖文】：

圖 1.1 激光沖擊強化的原理圖[5]Fig.1.1 Schematic diagram of LSP[5]優(yōu)點如下[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�；激光沖擊持續(xù)時間短但沖擊波金屬材料引入深度甚至超過 1mm 的殘余壓應力，強化效可重復性和可控性強，激光既可以采用光斑搭接的形式進高強化效果，，同時還可以在同一位置進行多次沖擊以強化作為激光強化的能量源與其他設(shè)備集成可以提高加工靈活件進行強化，如發(fā)動機葉片，齒輪等。

圖 1.1 激光沖擊強化的原理圖[5]Fig.1.1 Schematic diagram of LSP[5]激光沖擊強化的優(yōu)點如下[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，因此激光沖擊強化過程中對材料的熱影響可以忽略；激光沖擊持續(xù)時間短但沖擊波的峰值壓強大，可以給金屬材料引入深度甚至超過 1mm 的殘余壓應力，強化效果顯著；激光沖擊強化可重復性和可控性強，激光既可以采用光斑搭接的形式進行多點大面積沖擊以提高強化效果，同時還可以在同一位置進行多次沖擊以強化首次沖擊的效果；激光作為激光強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雜形狀的零件進行強化，如發(fā)動機葉片，齒輪等。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG668;TG146.21

【參考文獻】

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本文編號：2591004