温度和工艺参数对激光锻压技术弯曲角度的影响.doc

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1、温度和工艺参数对激光锻压技术弯曲角度的影响摘要激光锻压技术是通过激光束的辐射原理而使原板材料产生热能力，从而弯曲变形形成成品。因此被照射过的薄板的最终弯曲角度取决于被照射钢板的温度分布。本研究中，薄不锈钢板是由照射CO2激光来弯曲的，使用以光纤红外辐射高温计测量照射面和背面的温度。实验研究温度、厚度和激光束直径都对激光锻压的最后弯曲角度有影响。实验结果显示，测量的温度和弯曲角度有一定关系。不变的被照射表面温度，增加激光束直径，减少钢材厚度，能扩大弯曲角度。关键词：激光锻压；塑形；红外高温计。1引言激光锻压是利用激

2、光产生的热应力塑形的，此法具有高度灵活性，可制作小产品比如快速成型[1]，而且可以满足大型产品组件比如船体[2]，因而制作过程中不再需要昂贵的模具。另外，此法亦应用于调整和排列复杂机械内部的小零件[3][4]，因为激光束能很容易的用光学元件和玻璃纤维在内部传送。在激光锻造时，得到的形状和加工材料的弯曲角度取决于热应力。热应力由许多因素决定，比如，激光照射情况，热膨胀限制和因温度引起的材质属性改变。因此，很难控制材料变形。许多研究者已经试图引入能预测成形有效的理论模型[5][6]。这些调查结果表明，加工材料变形很大

3、程度取决于照射区域的温度。因为小范围急速变化的温度很难被测量，所以温度还不能被精确的确定。因此，在一些研究中，温度被获得和最终变形形状是需要预测的理论模型，需要很大的运算量如弹塑性有限元方法。目前的工作，是通过激光弯曲度的实验，更详细的调查影响材料变形的温度。对不锈钢板照射表面和反面的温度的测量均采用光纤两色高温计，钢板在不同激光辐照条件下弯曲，得出了这些条件和温度的关系和弯曲角度取决于温度的结果得到证实。2实验方法实验中运用了1.8kWCO激光，图1显示了激光锻压中为了确定加工材料温度的实验设备，薄金属板的边缘

4、厚度为h，被XY角度照射，其他角度没有照射。为了增强它对激光的吸收，材料表面使用氧化铝颗粒被珠粒喷机清理。材料被激光扫描的过程是以不变的进给率V向y方向移动。然后，加工材料的温度被固定于稳定平台上的光纤两色高温计测量，一个光纤目标是激光光斑的照射表面，另一个目标是激光照射点的背面，纤维接受来自高温区的热辐射，传递到包含砷化铟和锑化铟设备的探测器，通过这两个装置输出的信号比来获得温度。图1实验设备表1实验条件工作组成材料SUS304尺寸mm2050厚度hmm0.3-5爆破颗粒WA#320组成环境激光功率QW激光直径

5、Dmm1042-3.42进给率Vmm/s2.5,5,10测量环境测量距离tmm4，8图2显示高温计的校准曲线，这是通过以恒温电加热样本从实验中获得的。理论结果通过固体线吻合良好表明与以往实验结果一致。可以看出，当温度高于150°C时，可被高温计测量。图3显示高温计的频率是至关重要的，在实验中充分表现出它对100kHz有平坦响应[7]。但是使用机械刀时为了验证图1中在稳定的弯曲过程中，温度不会明显的波动，因为在低频时高温计获得力下降。图2双色高温计的校准曲线图3双色高温计的频率3实验结果3.1激光功率和进给率对弯曲

6、角度的影响图4显示激光功率Q和测量所得温度的关系。随着激光功率Q增大，照射面的温度Ts和背面温度Tb升高，当表面∆T增加，激光功率Q增加时，温度不同。图5显示激光功率Q对弯曲角度q和照射面温度Ts的影响，激光功率Q增加时，弯曲角度和照射面温度直线增加。这是因为照射面高温会引起更多的热应力。图6显示进给率V对弯曲角度的影响和照射面温度s的影响，进给率V增加，弯曲角度和照射面温度降低。图7显示照射面温度和多种情况下弯曲度激光功率Q和进给率V的关系，发现照射面温度增加会是弯曲角度增大。因此，弯曲度可以通过多种情况下弯曲

7、度激光功率Q和进给率V被预测。弯曲度的激光功率和进给率可以通过测量照射面温度来解释。图4激光功率和测量所得温度的关系图5激光功率对弯曲和温度的影响图6进给率对弯曲和温度的影响图7不同的激光功率和进给率下照射面温度和弯曲度的关系3.2材质厚度对弯曲角度的影响图8显示材质厚度对弯曲角度和照射面温度的影响。材质厚度h增加，弯曲角度和照射面温度降低。尤其是弯曲角度急剧降低，因为照射面温度降低和硬度增加。图9显示不同厚度材质的照射面温度和弯曲角度的关系。在相同温度下，材质厚度变大，弯曲度变小，发现材质硬度的影响很大。因此，

8、弯曲角度只有照射面温度才能被预测。图8材质厚度对弯曲度和温度的影响图9不同材质厚度下照射面温度和弯曲度的关系3.3激光束直径对弯曲度的影响图10是在产生同样的12°的角度情况下，激光束直径D和变形区域范围I的关系。激光束直径D增加，变形区域范围直线增加。图11显示照射面温度对激光束的弯曲度的影响。激光束直径D增加，照射面温度下降，因为能量密度下降，因此弯曲度也下降。图12