激光微成形技术的研究及应用

激光微成形作为一种柔性精密加工技术已经成为微塑性成形领域的研究热点,其成形的材料广和效果高,能在一定程度上克服传统微塑性成形中的尺寸效应。分别阐述了激光微弯曲成形、激光微冲击成形和激光辅助加热微成形等几种典型的微成形技术,分析了各自的加工机理及技术特点,讨论影响成形精度的主要因素,介绍了国内外激光微成形技术在精密成形和精确校形方面的应用研究进展,最后展望了激光微成形技术的发展前景。

铜箔激光冲击微成形微观组织与残余应力研究

为了研究激光成形方式对成形轮廓和微观组织的影响,采用厚度为40μm和80μm的T2铜箔进行激光冲击微胀形和微拉深实验。同时使用ABAQUS有限元仿真对实验进行模拟,研究不同变形方式下箔材位移和残余应力场。结果表明,激光冲击微胀形后铜箔变形区域出现颈缩,激光作用区域内变形机制主要为位错滑移、变形扭曲晶粒和机械孪晶;箔材上表面(激光冲击表面)为残余拉应力,最大值约为372.3MPa,箔材下表面(背向激光冲击面)为残余压应力,最大值约为-218.7MPa;而对于微拉深,箔材成形轮廓过渡圆滑,厚度分布均匀,光斑作用区域内出现大量位错露头和一些机械孪晶,箔材上表面为残余压应力,最大值约为-365.6MPa,箔材下表面为残余拉应力,最大值约为203MPa。这一结果对激光冲击箔材成形控制是有帮助的。

激光偏振特性在微尺度工件激光弯曲成形中的作用

根据激光的偏振特性影响金属材料对激光的吸收这一特点,通过改变激光扫描工件表面的入射角,提高了金属表面对CO2激光能量的吸收率,使厚度为0.1 mm的微尺度不锈钢工件在未进行黑化处理的情况下获得了弯曲变形.实验结果表明,在采用线偏振激光对具有吸收层的工件进行多次扫描时,由于变形部分入射角增大引起激光吸收率提高,以及光斑面积增大引起激光功率下降,从而导致作用于工件表面的激光能量因素改变,这是弯曲角度发生变化的主要原因.

激光微冲击成形技术研究现状分析

激光微冲击成形技术近年来越来越受到各国学者关注,本文主要对激光微冲击成形技术的国内外现状进行分析,同时对该技术的发展进行展望。

温度辅助的激光冲击技术研究进展

温度辅助的激光冲击技术是在激光冲击技术上发展而来的结合热力耦合效应的高能率加工和表面处理技术。在介绍温度辅助的激光冲击技术原理和特点的基础上,分析了激光冲击波的压力模型及时空分布特性、温热及高应变率下材料的本构模型,重点介绍了利用温度辅助的激光冲击效应的两项技术——温度辅助激光微成形和激光温喷丸强化。温度辅助激光微成形技术作为一种新颖的高能率微细加工技术,其在温热条件下利用脉冲激光诱导的冲击波压力使金属箔板塑性成形微结构件,可使激光冲击微拉深件的塑性变形均匀性得到显著改善,成形高度较室温下得到进一步提升。激光温喷丸强化技术作为新形材料表面处理工艺,结合了热力耦合效应在应力强化和组织强化方面的诸多优势,能够获得比常温激光冲击强化技术更稳定的残余压应力分布,有效提高材料的耐热腐蚀性和疲劳性能。综述了温度辅助激光微成形和激光温喷丸强化技术的研究现状,指出了当前在温度辅助的激光冲击技术研究中存在的问题,并对今后的研究做了展望。

温度辅助的金属箔板激光冲击微成形性能

激光冲击微成形技术作为一种新颖的高能率微细加工技术，其利用脉冲激光诱导的冲击波压力使金属箔板塑性成形微结构件。由于微尺度效应的存在，激光冲击微成形件一定程度上受各向异性靶材的影响发生材料流动不均匀、塑性变形程度不一致和起皱现象。为了提高激光微成形件的成形性能，探究了温度辅助的激光冲击微成形工艺，以微凹模作为支撑，对厚度为50 μm的铜箔材进行了温热条件下激光冲击微拉深成形实验，利用形貌测量仪对获得的微拉深试样进行了三维形貌测试。结果表明：温热条件下激光冲击微拉深件的塑性变形均匀性得到显著改善，成形高度较室温下得到进一步提升，在微凹模孔径0.8 mm和130 ℃时微拉深件成形极限为208.9 μm。

预应力作用下微尺度激光弯曲成形的数值模拟

应用一种新的激光弯曲成形工艺,通过施加位移约束,使厚度为0.1 mm的304不锈钢箔加热区产生预期的预应力分布.针对激光弯曲成形的特点,建立三维热力耦合模型,基于塑性皱曲机制(BM),对三种不同预约束应力状态下微尺度激光弯曲成形过程进行数值模拟.通过对比三种不同模型的模拟结果,分析了预约束应力作用下,微尺度激光弯曲成形的成形机制.研究发现,预应力作用下激光弯曲成形是热应力与预应力综合作用的结果,在预应力作用下激光弯曲成形效果显著增加.在塑性皱曲机制下,通过控制预约束作用的方向和大小以及选择合适的激光工艺参数可以得到任意方向的弯曲成形角.弯曲角度随预应力的增大而增大,两者之间呈近似线性关系.

微制造技术的回顾与展望

概述微型机械的内涵、发展、应用领域及其常规制造技术，介绍激光快速成形技术，提出纳米粉激光三维微成形的思想，指出激光技术、纳米技术与快速成形技术的结合，是今后制造三维复杂微结构的重要发展方向。

基于晶粒晶界有限元的激光微冲击成形数值分析

激光微冲击成形(μLPF)是利用脉冲激光产生的等离子体爆轰波的冲击力效应使超薄板材产生塑性变形的新技术。通过自主开发的有限元网格划分程序MicroMesh,实现了规则晶粒、晶界以及不规则晶粒、晶界的网格划分,并利用动态显式有限元方法(FEM),对超薄板材脉冲激光微冲击成形过程进行了晶粒级的数值模拟。较之一般的连续介质有限元方法,考虑晶粒和晶界的有限元法能够更好地反映板材的微观组织与性能。研究结果表明,该方法可以有效地模拟激光微冲击成形中板材的变形过程。

多层金属复合板激光冲击柔性微成形实验研究

研究了一种多层金属复合板激光冲击柔性微成形(LSFF)的新工艺,验证了该工艺的可行性,发现在合适的工艺参数下,成形件没有层裂或裂纹等缺陷。研究结果显示,在LSFF下,镍/铜/镍金属复合板的成形深度介于铜箔和镍箔的之间,且成形深度随着激光能量和激光冲击次数的增加而增加。成形件表面发生了粗化现象,且其粗糙度随着激光能量的增加而增加。

激光冲击低碳钢箔的有限元分析

激光微冲击成形是利用脉冲激光产生的等离子体爆轰波的冲击力效应,使超薄板材产生塑性变形的新技术。为揭示板材参数、激光参数、微凹模直径等对成形过程的影响,利用动态显式有限元法,对低碳钢箔的激光微冲击成形进行了反映率效应和尺度效应的晶粒级有限元模拟,结果表明,晶界对激光微冲击成形的影响很大,薄板的下凹变形随晶界厚度的减小而增大,二者呈近似线性关系;板材晶粒越不规则,其变形量越大;激光冲击的峰值压力是箔材变形的主要因素,随峰值压力的提高,变形量增大;单点多次冲击时,首次冲击的变形量最大,以后各次冲击的变形量逐渐减小。