激光辅助加热微塑性成形的三维温度场研究

激光辅助加热微成形适用于难成形材料,利用激光的选择性加热可以降低材料变形抗力,提高其流动均匀性和成形性能,其中温度是影响微温成形质量的主要因素之一。本文数值分析了微温成形前工件的三维温度场分布规律,对激光加热工件产生的温度场进行研究,所得三维温度场分布数值解与相同激光参数下得到的试验结果吻合度较好,说明了数值分析激光辅助加热下微小工件温度场分布的有效性。在此基础上指出可以采用工件双面加热法使温度分布更趋均匀化,并给出了相应的激光优化参数。

轧辊表面脉冲激光三维微改形过程参数分析

从研究和分析脉冲激光参数入手 ,提出了轧辊表面一种球冠状微凸新形貌的脉冲激光三维微改形 (毛化处理 )新机制 ,并最终成功获得了预先优化设计的新的三维微观形貌尺寸。在试验中 ,通过运用激光毛化新机制 ,对激光脉冲参数 (脉冲波形、脉冲能量、脉冲宽度、离焦量等 )进行了分析研究和匹配 ,并获得了该新形貌及尺寸。另对脉冲激光参数与轧辊主要形貌参数的影响规律作了进一步的研究。结果表明 ,单脉冲能量的大小及其空间分布是形成球冠状微凸新形貌和尺寸的关键因素。

激光熔覆成形金属零件中微裂纹的减少和消除

激光熔覆成形技术是近年来发展起来的一种新的快速原型制造技术,该技术将快速原型制造技术和激光熔覆表面强化技术相结合,既保留了快速原型制造技术中能够快速制造复杂零件的特点,又具有成形零件性能优良、组织结构致密的优点,是快速原型制造技术中一个重要的发展方向。激光熔覆成形技术的一个亟待解决的问题是成形零件中的微裂纹问题,通过理论分析激光熔覆成形技术和激光熔覆表面强化技术之间的区别,找到了减少和消除激光熔覆成形金属零件中产生微裂纹的一个突破点,这就是激光熔覆成形中的基体材料。对多种基体材料及其预热温度和多种合金粉末材料进行了试验研究,重点研究基体材料对激光熔覆成形零件过程中微裂纹的影响,获得了激光熔覆成形的金属试样。通过理论分析和试验研究,得出以下结论:在适当选择基体材料及其预热温度和合金粉末的条件下,完全能够减少和消除激光熔覆成形过程中产生的微裂纹。

FGH95合金激光成形定向凝固显微组织与性能

利用FGH95合金粉末在DD3单晶基材和定向凝固镍基高温合金的择优晶面 (与择优晶向垂直的晶面 )上进行激光多层涂覆实验 ,得到了从基材外延生长的单晶涂覆层。涂层由细小柱状枝晶组织组成 ,枝晶一次间距约为 10 μm ,二次臂退化。由于局部凝固条件的不同 ,枝晶干区域的γ′相为球形、枝晶间区的γ′相为立方体形态 ,尺度均小于 0 .1μm。激光涂覆层中的主要元素Cr和Co的偏析比基材铸态组织中的偏析大大减轻。对标准热处理后的试样进行分析表明 :试样中的γ′相主要为方圆形 ,且尺度均匀。涂层中各元素的显微偏析比热处理之前有明显减轻。沿片状力学性能试样柱状晶生长方向进行拉伸 ,强度指标达到同种材料粉末冶金试件的 97.9% ,塑性超过粉末冶金试件。断口分析表明 。

板材脉冲激光微冲击成形技术及研究现状

激光微冲击成形是利用脉冲激光作用于材料时引起的等离体爆轰波的冲击作用,使超薄板材产生塑性变形的新技术,可以用于微弯曲、微拉深、微胀形等。文章介绍了脉冲激光微冲击成形技术的原理和特点,概括了激光微冲击成形的影响因素和有限元模拟关键技术,从激光诱导冲击波、板材变形机制、冲击后材料力学性能和微观组织变化等方面,综述了激光微冲击成形技术的研究进展,并对其发展趋势进行展望。

激光冲击软模大面积微弯曲成形方法

为了实现金属箔板大面积微弯曲成形,本文结合激光冲击微弯曲成形技术与软模成形技术的优点,提出了激光冲击软模大面积微弯曲成形方法。该方法是在脉冲激光冲击波压力下,将软模作为柔性冲头作用于金属箔板来实现工件成形的。实验中使用了Innolas Gmbit公司生产的Spitlight 2000THG脉冲激光器,将250μm厚的聚氨酯橡胶薄膜作为软模,采用德国LPKF-ProtoMat-C60型雕刻机在印刷电路板上加工出深度为120μm的U型多槽模具,实现了在厚度为30μm的铜箔板上一次性对3个U型凹槽冲击成形。用KEYENCE VHX-1000C超景深三维显微系统进行工件观测,结果显示工件上的微成形槽具有良好的轮廓质量。以ANSYS/LS-DYNA为平台,使用有限元建模(FEM)方法对微弯曲过程进行了数值模拟。实验和模拟结果均表明,加载软模的工件与模具的U型凹槽特征在形状上更加接近,成形工件更加均匀,而且具有较好的表面质量,其最大平均成形深度可达110μm,大于激光直接冲击成形的最大深度(88μm),说明使用软模提高了充型能力。

TC4钛合金激光焊缝成形与显微组织分析

针对2mm厚的TC4钛合金板材,在无填充材料和不开坡口条件下对其进行激光焊接。利用光镜和扫描电镜分析了其焊缝成形与显微组织形貌。结果表明:激光焊条件下,焊接工艺有很宽的适用窗口;其焊缝易腐蚀区表现出三种形态:梯形、双曲线和锥形;焊接过程中,易在接近上下表面的焊缝中部和熔合线出现气孔;焊缝显微组织主要是典型的α相+β相+针状α'马氏体的混合组织,发现明显的粗大的β相晶界,在长时间腐蚀条件下可见不同尺度的孪晶。

三维复杂微器件的微立体光刻成形

介绍了一种具有更高加工分辨率且可直接成形三维复杂微型器件的一次曝光型微立体光刻成形装置。重点给出了经薄膜晶体管阵列编址的液晶显示光阀表盘 ,即可控透光模板的构造、性能及其对微立体光刻成形装置层面加工分辨率和截面曝光尺寸的影响。为证明微立体光刻工艺在成形三维复杂微结构时的优越性 ,给出了所加工出的微机械部件、微型件浇铸模、微流体系统部件等实物的扫描电子显微照片及相关的加工参数。

激光间接冲击下钛箔的微成形特性

采用具有高应变率加载特征的激光驱动飞片间接冲击微成形技术对钛箔进行了微成形实验,以解决难成形材料的微塑性成形问题。从飞片完整性、工件贴模性以及厚度减薄率等方面探究了该工艺的成形性能。实验中采用微细电火花和曲面研磨技术制造微模具,材料为AISI 1090模具钢,飞片为20μm的钛箔,成形工件为35μm的钛箔。通过KEYENCE VHX-1000C超景深显微系统对飞片和工件进行了观测和分析,结果显示:飞片具有较好的完整性,能够提供均匀的冲击压力;成形后的工件具有良好的表面质量和贴模性。借助冷镶嵌工艺测量了工件的厚度分布,分析了工件厚度减薄率,其最大值为19.8%,最小值为2%,显示工件的厚度分布比较均匀。研究表明:激光间接冲击微成形技术对于难成形材料具有良好的成形效果并且能有效抑制厚度减薄。

3003铝合金激光冲击微挤压成形研究

微挤压模约束下的激光冲击微体积成形技术是利用激光诱导的冲击波使局部金属在凹模约束下产生体积变形的一种成形新技术。为了分析不同板厚(0.12mm,0.15mm,0.17mm和0.22mm)的3003铝合金在不同凹模孔径(0.4mm,0.7mm,0.9mm和1.1mm)约束下的成形深度,采用建立有限元模型进行数值分析的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了不同板厚和不同孔径成形下成形深度的数据。结果表明,成形深度随板厚的增大而增大趋势逐渐减小;对于同一厚度,板料成形深度随孔径的增大呈非线性增大趋势;对于同一点冲击,冲击次数对板料的成形深度影响很大。数值分析结果与实验吻合度较好,这一结果对微体积成形质量控制是有帮助的。

激光辅助加热下的微塑性成形的研究

为了解决难成形材料微构件成形困难,采用脉冲固体激光器对铝合金微型件进行了辅助加热实验研究,同时利用有限元软件ABAQUS建立了基于激光加热的微镦粗圆柱形工件的热力耦合有限元模型,对激光加热后的温度场分布和微塑性成形过程进行了模拟研究。结果表明,工件在激光功率800mW,加热时间0.08s,光斑半径0.1mm下的温度场分布呈卵圆形,在短时间内温度场基本趋于均匀化,激光加热下的微塑性成形应力比常温下降低了30%左右。这一结果对提高微塑性材料的成形性能和完善微热及微温成形工艺是有帮助的。

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.

正方形薄板激光三维成形球冠面的应力场分析

激光成形是利用激光束的能量修整板材曲率的一种新型柔性无模成形加工方法。为了描述激光三维成形中的弹塑性变形过程,以进一步揭示其三维成形的机理,文章采用显式动力学方法分析了交叉线扫描激光三维成形正方形薄板为球冠面的物理过程,揭示了激光扫描过程中正方形薄板的温度场、应力场、应变场的变化情况,虽然激光引起薄板温度变化产生的热应力仍是三维成形的主要因素,但是激光三维成形与激光直线扫描成形不同,激光三维成形扫描过程中在薄板内部形成的应力波是影响激光三维成形的主要因素之一,薄板的应变、变形等均与应力波有关,本文揭示的物理行为为下一步的机理研究打下了良好的基础。

渐进式板料激光三维成形及工艺优化

将板料的激光三维成形视为V形激光弯曲成形的复合 ,分析了曲面筒形件与V形弯曲件的几何相关性 ,建立了用点坐标表示的弧面曲率表达式。以工件的曲率半径为优化目标 ,有限元软件包ls dyna3D作为目标函数解算器 ,并结合遗传算法 ,求出了优化的工艺参数及其各成形瞬时的位移场 。

微尺度激光冲击成形技术

介绍激光冲击成形的作用机理,论述了激光冲击微成形的方法,分析了影响激光冲击微成形的主要因素。包括尺度效应、约束层和涂层、激光参数等。提出了基于模具的激光冲击微成形方法。

金属板材激光加热三维成形扫描策略的研究现状

金属板材激光加热成形是一种无模成形新技术,适用于三维曲面件的小批量生产及新产品的试制。文章综述了激光加热三维成形扫描策略研究的最新动态,分析了激光扫描路径规划与工艺参数的确定方法,对目前扫描策略规划普遍存在的问题进行了总结。认为要实现复杂曲面的精确成形,不仅要加强激光加热三维成形机理研究,进一步揭示目标曲面与扫描策略之间的内在联系,提高扫描策略的通用性以及加工过程的自动化,还要加强热成形工艺实现自动数控反馈控制,以降低初始状态及其他不确定因素对成形精度的影响。

激光微区烧结微成形技术研究

目前微小零部件的制造方法很多,激光微成形即为其中一种。介绍了在激光选区烧结技术的基础上,结合微成形特点开发的激光微区烧结成形技术。该技术可对金属粉末进行直接微区烧结成形,所成形的金属微型零件强度高,不需后续处理,大大节省了从原材料到最终实体的时间,并具有环境污染小、材料利用率高、成形速度快和效率高的特点。

金属板材三维激光弯曲成形的研究

采用大功率CO2 轴快流激光器进行了低碳钢铁板三维成形的研究 ,通过改变扫描的方式、路径、顺序 ,研究了三维激光成形的影响因素 。