金属板材激光成形工艺参数及成形规律研究

摘要

板材激光弯曲是一种利用高能激光束扫描金属板材表面时形成的非均匀温度场引起的热应力来实现塑性成形的工艺方法。与传统的成形方法相比，该工艺具有不需要模具和外力、生产柔性大、加工成本低、成形精度高等优点。作为一种新的塑性成形方法，激光弯曲工艺受到了国内外众多学者的广泛关注。
　　本文在综合分析了材料热物理性能和力学性能的基础上，建立了板料激光弯曲成形的三维热力耦合模型。利用有限元分析软件ABAQUS对ST14钢板进行了激光弯曲扫描的数值模拟。主要内容体现在：
　　(1)对金属板材激光弯曲成形进行了有限元模拟，采用均匀分布热源，得到了温度场、位移场和应力应变场的模拟结果。
　　(2)通过数值模拟，系统研究了各技术参数(包括板材几何参数、激光工艺参数和材料性能参数)对板材激光弯曲变形的影响。结果发现：在其它技术参数一定，仅增大激光功率时，板材的弯曲角度显著增大；功率和光斑半径一定时，增大扫描速度，板材弯曲角度变小；功率和扫描速度一定，增大光斑半径，板材的弯曲角度减小；在其它技术参数一定时，板材长度增加，弯曲角度增大；板材越宽，弯曲角度越大；板材越厚，弯曲角度越小。当板材长度、宽度、厚度达到某一临界值时，变化趋于平缓。通常的冷却方式对板材的弯曲角度影响较小，基本保持不变。
　　(3)首次把生死单元用在板材激光弯曲成形的数值模拟中，并与原始算法的模拟结果进行对比，最终利用生死单元法对板材进行了多道次激光弯曲成形的数值模拟。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 激光弯曲成形过程及其特点

1.3 课题的提出及国内外研究现状

1.4 板材激光弯曲成形研究中存在的问题

1.5 本课题的主要研究工作

第2章 板材激光弯曲成形理论研究及技术处理

2.1 热力耦合有限元理论

2.2 板材激光弯曲成形中的模型及关键参数的处理

2.3 本章小结

第3章 板材激光弯曲成形过程的一般规律

3.1 工艺过程概述和工艺参数的选取

3.2 弯曲成形过程数值模拟及结果分析

3.3 本章小结

第4章 板材激光弯曲成形影响因素分析

4.1 引言

4.2 激光工艺参数对板材激光弯曲变形的影响

4.3 板材几何参数对激光弯曲成形的影响

4.4 冷却方式对板材激光弯曲成形的影响

4.5 本章小结

第5章 大型板材激光弯曲成形过程分析

5.1 引言

5.2 生死单元法

5.3 光束半径对杀死单元区域的影响

5.4 原始算法和单元生死单元法计算实例及结果分析

5.5 大型板多道次扫描弯曲成形数值模拟及结果分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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