基於雷射加熱的旋壓成形機理和方法研究

《基於雷射加熱的旋壓成形機理和方法研究》是依託江蘇理工學院，由孫凌燕擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於雷射加熱的旋壓成形機理和方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫凌燕
• 依託單位：江蘇理工學院

項目摘要

針對傳統加熱旋壓存在的加熱區域過大、熱效率低、溫度難以控制等問題，本課題提出採用雷射作為加熱源對材料進行快速局部加熱，通過提高材料的塑性、降低材料的變形抗力，來達到難變形材料的成形、縮短工藝周期、降低旋壓力和改善製件性能的目的。在對材料軟化機制和雷射加熱模式進行研究的基礎上，構建三維彈塑性有限元分析模型和開展工藝試驗研究，揭示雷射加熱旋壓成形過程中溫度、應力和應變的分布規律、材料的流動特點、微觀組織演變規律和成形缺陷的成因，獲得基於雷射加熱旋壓成形方法及其相關理論；探索旋壓成形過程中雷射功率、光斑位置、光斑尺寸、變形材料、材料厚度、材料減薄率、旋輪進給比和主軸轉速等參數間的耦合機制和演變規律，建立成形質量的多目標最佳化模型，為基於雷射加熱的旋壓套用於實踐提供理論依據。本課題的完成，對旋壓技術的發展以及成形工藝和方法的拓展都具有較高的學術價值和顯著的實踐意義。

結題摘要

傳統的加熱旋壓採用火焰或電感應方式對坯料進行加熱，這種加熱方式存在著溫度難以控制、熱輻射大、勞動效率低等問題。針對這一情況，本項目提出了基於雷射加熱的旋壓成形工藝，採用一定功率密度的雷射束輻照成形過程中的材料，通過雷射束與物質的互作用，可實現對變形區材料高效、柔性和準確的加熱，圍繞以下四個方面進行了研究：（1）雷射加熱旋壓工藝，對雷射加熱工藝制度、雷射加熱軌跡以及雷射加熱旋壓成形方法進行了研究，並採用該工藝成形出了輕合金旋壓製件； （2）雷射加熱旋壓的工藝最佳化，探索成形過程中雷射功率、光斑直徑、光斑與坯料變形區軸向距離、旋輪進給比和主軸轉速等參數間的耦合機制；（3）雷射加熱旋壓成形機理，對成形製件的微觀組織、斷裂形貌、力學性能及抗腐蝕性能進行了分析；（4）雷射加熱旋壓加工系高效、柔性和優質統，由光纖雷射器、導光系統、加工工具機以及檢測和控制系統等組成。研究結果表明，該技術具有短流程、低能耗、高柔性、環境友好的特點，可實現難成形材料的加工，在提高旋壓製件的製造精度和成形效率方面具有良好的套用價值。