激光弯曲成形技术常用的激光类型是点激光，在温度梯度机理的作用下单次成形角度有上限，在3°左右。为了增大点激光单次成形角度，提高成形效率，本文以不锈钢304板为对象，通过试验对比探索了将圆振荡模式应用于激光弯曲成形中以提高弯曲角方法的可行性；并且借助于三维视觉传感器测量板件在圆振荡激光束弯曲成形过程中的动态响应，从余热效应、吸收率等角度分析其弯曲成形机理。对比试验结果显示，在激光能量密度较高的情况下，圆振荡模式确实可以明显提高工件的弯曲角，增长率在60%左右。同时，三维视觉传感器的测量结果显示出了板件在成形过程中的复杂形变与角度变化过程：板件在长度与宽度方向上均产生了塑性变形，长宽形变比约为10∶1；单次扫描成形板件弯曲角增长过程呈现不同的增长曲线；多次扫描成形弯曲角分布不均衡。此外，板件厚度也逐渐增加，热影响区微观晶粒得到细化。为进一步理解圆振荡激光束弯曲成形过程与机理提供了试验支撑。
激光弯曲成形 圆振荡激光束 不锈钢304 变形机理 laser bending circular oscillation mode SS304 bending mechanism
1 北京星航机电装备有限公司, 北京 100074
2 上海交通大学机械与动力工程学院, 上海 200240
针对TA15钛合金材料, 建立激光弯曲成形的三维热力耦合有限元仿真模型, 得到不同加工参数下的材料温度场及变形场。通过搭建弯曲试验和测试系统, 获得了部分加工参数下钛合金板的温度场和变形数据, 并与仿真数据进行对比, 验证了数值模型的有效性。基于板材厚度方向温度和塑性应变的分布, 明确了在激光弯曲成形中的主导机制。研究了激光弯曲成形中的翘曲变形现象, 提出可用于抑制翘曲变形的来回扫描加工方法。
激光弯曲成形 有限元分析 翘曲变形 翘曲抑制 laser forming finite element model edge effect scanning strategy
姚喆赫 1,2,3洪锦源 1,2,3范伟鑫 1,2,3刘云峰 2,3[ ... ]姚建华 1,2,3,*
1 浙江工业大学激光先进制造研究院，浙江 杭州 310023
2 浙江工业大学机械工程学院，浙江 杭州 310023
3 高端激光制造装备省部共建协同创新中心，浙江 杭州 310023
4 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江 杭州 310027
面向甲醇重整制氢微反应器异形微细波纹板制造难题，采用激光弯曲成形技术制造了“双圆弧”异形微细波纹板。针对“双圆弧”异形波纹板激光弯曲成形过程中的面畸变缺陷，提出了一种变速扫描策略，在不同扫描策略下开展了温度场数值模拟与成形试验研究，并对有无抑制策略下的异形波纹板成形质量进行了评价。结果表明，多段变速策略实现了能量分布的离散化调控，末端热积累显著降低，8段变速时出口处峰值温度相较于恒速扫描下降了13.4%；在变速扫描策略下，法平面弯曲成形面畸变呈减小趋势，弯曲角度差小于1.0°，成形后波纹板流道上下底面的平行度提高了87.5%，波纹度最大降低了51.2%。研究结果表明，变速扫描策略可显著降低激光弯曲成形面畸变，提升波纹板成形质量。
激光技术 激光弯曲成形 异形波纹板 面畸变 抑制策略 中国激光
2023, 50(20): 2002104
南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
为了提高单曲面激光弯曲成形的精度,基于改进的Denavit-Hatenberg(D-H)建模方法建立各板材弯曲段的坐标系,通过坐标转换给出弯曲板材和目标单曲面在同一坐标系下的数学描述。接着分析圆柱面成形在不同扫描路径处弯曲角度公差的几何影响因素,并提出具有双侧轮廓度偏差的路径规划方法,扫描路径数量越多,各道扫描路径处的弯曲角度公差越小。最后提出一种对弯曲角度误差进行补偿的工艺方法,以半正弦曲面成形为例设计实验。实验结果表明,弯曲角度的误差补偿方法能够实现较高精度的单曲面激光弯曲成形。
激光技术 激光弯曲成形 单曲面 误差补偿 中国激光
2021, 48(10): 1002108
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 常州信息职业技术学院常州市大型塑料件智能化制造重点实验室, 江苏 常州 213164
基于参数实验设计,对影响铜-镍多层复合薄板激光弯曲成形的工艺参数进行了筛选;采用中心复合实验设计进行了实验规划,利用响应面建立了工艺参数与弯曲角度之间的数学模型,揭示了各工艺参数的交互式影响规律。采用满意度函数对工艺参数进行了优化,得出了理想的参数组合。
激光技术 激光弯曲成形 多层复合薄板 响应面分析 实验设计与优化 激光与光电子学进展
2018, 55(6): 061404
哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
采用顺序耦合的方法建立了交叉筋壁板激光弯曲成形的有限元模型, 对壁板成形过程中的温度场和应变场进行分析, 提出一种变功率扫描策略来减小壁板的非期望变形。结果显示, 恒参数扫描时交叉筋壁板不仅发生横向弯曲, 还发生纵向弯曲, 并且扫描线上的蒙皮发生下凹。分析表明, 蒙皮的下凹是由横向弯曲变形不一致导致的, 纵向弯曲是由纵向塑性压应变导致的; 采用提出的变功率扫描策略可以有效减小壁板的非期望变形, 将蒙皮的最大下陷量和自由端的相对弯曲程度分别减小了80%和58%。
激光技术 激光弯曲成形 有限元仿真 交叉筋壁板 非期望变形 中国激光
2017, 44(10): 1002004
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 上海交通大学机械与动力工程学院, 上海 200240
利用响应曲面法建立了管材激光弯曲成形弯曲角度的工艺模型, 并设计实验验证了模型的可靠性。通过该模型分析了自由端距离、辐射长度、扫描包角和扫描次数等工艺参数对弯曲角度的交互影响。结果表明, 自由端距离、扫描次数和辐射长度对弯曲角度有显著影响, 扫描包角对弯曲角度影响不大；辐射长度与扫描次数间的交互作用较弱, 与自由端距离具有较强的交互作用。
激光技术 激光弯曲成形 响应曲面法 管路系统 工艺模型 激光与光电子学进展
2017, 54(8): 081403
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为了将激光弯曲成形技术应用于精密位移调整领域实现亚微米精度的位移调整，自行设计和搭建了激光微位移调整与测量平台，将光纤激光通过线性透镜和扫描振镜聚焦在不锈钢薄板上作匀速扫描运动，实时监测加工过程样件自由端的输出位移。建立了样件激光微位移调整模型，在此基础上研究改变激光功率、扫描速度、光束照射位置以及离焦量等参数对调整位移的影响。结果表明，样件通过该平台实现了亚微米级重复精度的精密位移调整，改变激光照射位置是精确改变调整位移的首选；通过优化工艺参数，降低了激光加工过程中样件表面的损伤。
测量 微位移调整 激光弯曲成形 光纤激光 工艺参数 激光与光电子学进展
2014, 51(9): 091201
1 淮阴工学院机械工程学院江苏省数字化制造技术重点建设实验室, 江苏 淮安 223003
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
为研究铜合金薄板的脉冲激光弯曲成形工艺, 基于 Taguchi方法对单道单次扫描成形 V形件的工艺进行了正交试验设计。以弯曲角为响应目标, 以望大特性的信噪比评估弯曲角的品质特性, 得到了最佳工艺参数组合: 激光功率 P为 24W, 扫描速率淄为 500 mm/min, 离焦量 L为 4 mm, 实验测得弯曲角为 1.362毅。在成形 V形件的实验基础上采用多道多次扫描方式进行了预定曲率半径的圆弧曲面成形实验。依据扫描次数与弯曲角之间的关系规划了扫描路径和扫描次数, 实验结果与预设目标有较好的一致性; 半路径扫描比全路径扫描更能得到理想的变形效果和表面质量。实验中发现, 因铜合金薄板热传导率高、厚度小, 激光扫描时上下表面的温度梯度不太明显, 成形机理以屈曲机理为主。
激光技术 脉冲激光弯曲成形 Taguchi方法 铜合金 工艺参数优化 laser technique pulsed laser bending Taguchi method copper alloy parameter optimization
1 无锡职业技术学院机械技术学院，江苏 无锡 214121
2 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013
激光弯曲成形是一种新型金属板材柔性成形方法。利用正交试验法理论对航空航天用铝-锂合金AA2090薄板激光弯曲成形进行试验设计和优化；通过对试验结果的计算和分析，得出四个与激光能量有关的工艺参数对铝-锂合金薄板激光弯曲成形影响的主次顺序为：激光功率、扫描速度、扫描次数、光斑直径；同时得出了最优工艺参数组合。对所得的最优工艺参数组合进行了试验验证。
激光技术 激光弯曲成形 试验设计与优化 铝-锂合金 laser technique laser forming design of experiment and optimization aluminum-lithium alloy
