激光冲击波技术在金属表面改性和成形中的应用

在对激光冲击强化技术的原理、特点及工程应用须解决的关键问题进行系统分析的基础上,介绍了激光冲击波技术在金属板材成形方面的最新研究进展：激光冲击成形和激光喷丸成形,对激光冲击成形和激光喷丸成形的机理、技术特点及国内外的研究现状进行了综述,并对今后的应用前景和发展趋势作了分析.     

激光冲压钛板小曲率成形研究

用ABAQUS软件对激光冲压TA2板料成形进行了仿真,探讨了激光参数、板料性能、约束边界冲击路径等条件对板料小曲率成形的影响,获得了在激光连续冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律。利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形实验,所采用的激光波长为1.054μm,脉宽约23ns,能量35J左右,有效光斑直径为8mm,脉冲的重复率为0.5Hz。实验结果表明,建立的模型和加载方式及所用算法是正确的。     

H13钢激光冲击处理后的残余应力研究

利用激光冲击强化技术对H13钢表面进行了强化处理,用扫描电镜观察了激光冲击处理后的表面组织与结构的变化,并用X-350A型X射线应力仪测定了激光冲击处理和回火处理后的残余应力。结果表明,激光冲击处理后的残余压应力为400MPa以上,工作温度500~550℃回火处理对其残余应力影响很小,回火稳定性较好。     

激光两点冲击强化处理LC4合金的实验

利用激光冲击强化技术对LC4硬铝合金表面进行两点同时冲击和间断冲击强化处理,观察激光冲击强化后单次冲击区域和复合冲击区域的显微组织与结构的变化,测定了冲击区域的显微硬度和残余应力。实验结果表明:两点同时冲击强化复合区域与两点连续冲击复合区域相比,各项机械性能都有较明显的变化,其中硬度提高了9.99%,材料表面0°、45°和90°残余应力(拉应力)分别下降27%、35%和12%,为今后开展金属板料的激光单次多点同时冲击实验提供依据。     

基于ABAQUS的金属板料激光冲击成形数值模拟

在激光冲击波加载转换模型的基础上,以有限元分析软件ABAQUS／CAE为平台,对圆形板料进行了直线形轨迹和圆形轨迹多点冲击成形的数值模拟,探索了冲击轨迹、应力分布和板料变形之间的相互关系。数值模拟分析表明,对圆形板料进行多点冲击成形时,选择圆形轨迹是最佳的。根据模拟结果对铝合金板料试样进行了无间隔冲击成形的实验,获得了和数值模拟相同的成形结果,模拟和实验结果一致性较好。     

曲轴激光喷丸强化数值仿真

采用数值仿真的方法,研究了激光冲击强化对175A型柴油机曲轴疲劳寿命的影响,取得了数值仿真条件下曲轴过渡圆角处残余应力场的数据,数值仿真结果和实验结果的对比分析表明:数值仿真结果和实验结果较为接近,从而验证所采用的材料本构模型、冲击波峰值压力和冲击波作用时间是精确的.通过此类激光冲击强化仿真分析,可优化激光冲击的相关参数,使曲轴过渡圆角产生有利的残余应力场,从而为激光冲击强化曲轴提供优化的工艺参数.     

激光复合强化提高球铁耐磨性能的实验研究

将激光淬火处理后的QT800—2强化区域再进行激光冲击强化处理，并对其表面硬度和耐磨性进行了对比性实验和理论分析。实验结果表明：激光淬火冲击复合强化处理后QT800—2的硬度比纯激光淬火处理的硬度增加了18％；其耐磨性分别比软氮化和纯激光淬火处理区域的耐磨性大约提高了3倍和1倍。     

激光斜冲击对S1100型曲轴疲劳强度的影响

激光冲击加工连杆轴颈与曲柄连接处过渡区域曲面时,激光光束不能保证与曲面上每点切线方向始终垂直,为激光斜冲击强化。用Nd：glass激光器斜冲击强化连杆轴颈与曲柄连接处圆角区域。受冲击区域显微硬度比未冲击区域提高了65%~75%,残余应力提高了80%-100%,使用寿命提高了150%。激光斜冲击曲轴连杆轴颈与曲柄处圆角,残余应力和显微硬度提高最大处为圆角中心处,而这个位置正是易产生疲劳裂纹处,而圆角边缘处是疲劳强度非敏感区,对裂纹的产生影响不大。     

激光冲击强化2024-T3铝合金的数值模拟与试验

表面冲击坑深度和残余应力大小是评价激光冲击强化效果的两个重要指标。采用数值模拟软件对激光冲击强化2024-T3铝合金进行了数值模拟,对模拟过程中的关键技术问题进行了处理,建立了有限元分析模型,并进行了试验验证。数值模拟的冲击坑深度和试验值相差为5.78%,模拟的表面残余压应力的最大值与试验所得的数值偏差为2.7%。     

板料激光斜冲击下受力变形数学分析

金属板材的激光冲击成形通常采用激光束垂直作用于工件表面,产生垂直于表面的冲击波作用力使板料变形,但在曲面零件成形时很难满足法向垂直冲击,因此有必要对斜冲击下板料力学变形特性进行研究。本文研究了激光斜冲击受力变形模型,对板料深度方向(z轴)变形公式、板料短轴(y轴)在水平方向上变形公式进行了理论推导计算,通过把两变形合成,得到短轴(y轴)在空间内总变形公式,最后把实验测量结果与理论计算结果进行了比较,得出两者相符的结论。     

节水产品的快速成形开发

随着我国节水灌溉事业的发展需求,开发适合于我国国情且具有自主知识产权的节水灌溉新产品迫在眉睫。快速成形技术在节水灌溉领域的应用,使得节水灌溉新产品的快速开发成为现实。介绍了激光快速成形技术原理,阐述了利用该技术进行喷微灌灌水器产品的开发制作过程及其特点,这些特点显示了利用激光快速成形技术进行节水产品开发的优越性。     

模具加工中特种加工技术的应用

电火花加工是一种成熟的技术,已被广泛应用于模具加工,在一些模具加工方法上比传统更具有优势;因为在成形精度不能满足模具的激光快速成型,现在主要用于研究和开发的产品的加工要求上,通过介绍电火花加工和激光快速成形技术的应用情况,指出了电火花加工和激光快速成型加工是相辅相成的。     

激光加工技术在农用汽车中的应用

介绍了激光加工的原理及特点，分析了激光切割、激光焊接、激光表面淬火、激光熔覆、激光合金化、激光无模成形以及激光打标加工技术在农用汽车工业中的应用。     

激光冲击约束层和吸收层的研究

为提高激光冲击效果,并提高生产效率,分别使用改进配方后的黑漆涂层配合水约束层和柔性贴膜技术对奥氏体不锈钢进行激光冲击试验,对冲击后的硬度和残余压应力进行分析比较。结果表明改进后的吸收层有更好的防护能力,且与水约束层配合可连续冲击,柔性贴膜技术提高了约束效果。     

柴油机涡轮增压器轻量化技术的应用

介绍了陶瓷材料以及碳纤维强化树脂在涡轮增压器上的应用;并且叙述了陶瓷材料的成形技术;烧结技术以及与金属的结合技术,分析了新开发的碳纤维强化树脂PKU的特性和应用效果.     

金属板料受控激光喷丸强化的残余应力场分析

在分析受控激光喷丸强化机理的基础上,通过激光喷丸强化力学效应的物理模型和残余应力的弹塑性模型,分析了激光喷丸强化诱导残余应力的特点,研究了残余应力大小和深度与激光喷丸工艺参数的关系。通过调整激光参数及工艺条件以控制残余应力场的分布,并根据残余应力场的分布判断激光喷丸强化效果,保证了受控激光喷丸强化后工件的疲劳寿命获得较大幅度的提高。     

基于数字化技术的多点成形与逆向工程的集成

分析了多点成形技术和逆向工程集成时需要解决的关键技术，包括表面数字化、曲面重构和控制回弹量的方法。用自行研制的激光测量仪实现工件表面数字化，为实例样件的曲面重建和多点成形工件的成形误差检测提供数据源；用基于曲率抽样的拓扑矩形阵列进行NURBS曲面拟合并用多点成形方法成形工件；为了控制工件回弹，用两步配准方法计算成形误差并利用闭环成形修整曲面，最终实现在没有CAD模型而只有实物样件情况下的板类件快速精确成形。与此同时开发了实现相关功能的软件。     

拖拉机发动机缸体修复技术研究——基于激光熔覆技术

拖拉机发动机缸体修复是拖拉机维修和修复工作中的最大难题,目前对这方面的研究还很少。为了实现拖拉机发动机缸体的快速修复,提高修复效果,提出了一种基于激光熔覆的拖拉机发动机缸体修复技术,利用三维模型布尔操作和扫描轮廓技术实现了缺失部件的建模,利用分层切片处理与截面轮廓线填充实现了激光熔覆路径规划。为了验证激光熔覆技术的可行性,建立了激光熔覆修复系统的实验平台,并对一款重型拖拉机的缸体修复进行了实验。结果表明:采用激光熔覆技术可以使发动机缸体的凹陷部位基本恢复原貌,且修复后的强度和未修复部位基本一致,从而验证了激光熔覆修复的精度和可靠性,对激光成形维修技术的研究具有重要的现实意义。     

激光冲击钛合金表面退火后的残余应力分布

选用钛合金Ti-6Al-4V进行激光冲击成形实验，发现其表面产生很大的残余拉应力和残余压应力。对不同后处理工艺条件下表面的残余应力进行了研究，结果发现：钛合金成形凹面具有良好的力学性能稳定性，其表面残余压应力不会随着退火温度的提高而降低；而其成形凸面的残余拉应力随着退火温度的提高逐渐消退，在371℃退火后，钛合金凸面上82．67％的残余拉应力消除，剩余残余拉应力仅为20．6MPa。经过高温退火后的钛合金具有良好的抗疲劳性能，可以满足飞机结构件的使用要求。     

适于板料激光冲击成形的弹塑性本构模型

基于几种经典的弹塑性本构模型理论,利用ABAQUS软件对TA2板料进行了激光冲击的仿真研究,并做了冲击试验。比较试验和仿真结果,以期找到板料在激光冲击的高应变率情况下,表征材料力学性能的本构模型。结果表明,硬化行为和应变率效应对板料激光冲击下变形有比较显著的影响,基于Johnson-Cook本构模型的仿真结果与试验结果最为接近。