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固體激光器

金屬板料激光衝擊半模/無模快速成形技術

激光製造商情 來源:未知2010-10-11 我要評論(0 )   

我國企業(ye) 發展的一個(ge) 嚴(yan) 重約束點是新產(chan) 品自主開發能力弱,尤其是製造能力弱。進入21世紀,市場競爭(zheng) 的加劇要求企業(ye) 不僅(jin) 能快速響應市場的變化,而且能不斷地通過技術創新,...

       我國企業(ye) 發展的一個(ge) 嚴(yan) 重約束點是新產(chan) 品自主開發能力弱,尤其是製造能力弱。進入21世紀,市場競爭(zheng) 的加劇要求企業(ye) 不僅(jin) 能快速響應市場的變化,而且能不斷地通過技術創新,推出新產(chan) 品去引導市場。如何快速、低成本和高質量地開發出新產(chan) 品,以滿足瞬息萬(wan) 變的市場對小批量多品種產(chan) 品的需求,是企業(ye) 生存和發展的關(guan) 鍵。金屬板料成形在製造業(ye) 中有著廣泛的應用,但傳(chuan) 統的工藝必須使用模具,周期長,費用高,難以適應小批量多品種和樣品試製的需要。。所以,快速低成本的金屬板料無模成型新方法一直是人類經久不衰的探索主題,並取得了豐(feng) 碩的成果。從(cong) 高級技師的手工錘擊成形、旋壓成形、成形錘漸進成形、多點成形、數字化漸進成形,到噴丸成形、爆炸成形、激光熱應力成形、激光殘餘(yu) 應力釋放成形、激光衝(chong) 擊成形等。 
激光衝(chong) 擊成形是我們(men) 在激光衝(chong) 擊強中逐漸形成的源頭創新。在研究中發現激光衝(chong) 擊強化區表麵光潔度明顯提高並形成光亮的凹坑,由此逐漸形成了金屬板材激光衝(chong) 擊快速成形的新概念,由此逐漸形成了金屬板材激光衝(chong) 擊快速成形的新概念,即用激光衝(chong) 擊工件表麵的能量轉換體(ti) ,使光能轉變為(wei) 衝(chong) 擊波機械能,利用衝(chong) 擊波的壓力使板材發生冷塑性變形,通過逐點衝(chong) 擊和有序的擊點分布實現複雜形狀工件的成形。在整板的衝(chong) 擊成形過程中,是非接觸式的,塑性變形是超快的,如下圖所示。其有四個(ge) 鮮明特點:1、超快,產(chan) 生塑性變形的衝(chong) 擊波作用時間僅(jin) 幾十納秒,所以可忽略衝(chong) 擊波發散對成形精度的影響;2、成形壓力高,達數GPa; 3、高應變率,達107s-1;4、由於(yu) 柔性貼膜的保護,工件表麵溫度低,屬冷衝(chong) 壓成形。這使得鈑金激光衝(chong) 擊成形具有如下技術優(you) 勢:
1、拓寬了冷衝(chong) 壓成形的材料範圍,使得高強度結鋼、鈦合金、塑料及複合材料等多種材料進行都能局部脹形、彎曲、拉伸、以及校平。
2、由於(yu) 是高壓下的全塑性成形,解決(jue) 了金屬薄板小曲率彎曲成形的回彈難題。
3、融材料改性強化和成形於(yu) 一體(ti) ,在工件表麵形成了很高的殘餘(yu) 壓應力,特別適合於(yu) 有抗疲勞及抗應力腐蝕要求的零部件。
4、實現凹模衝(chong) 壓仿形並最終達到無模具板材衝(chong) 壓精確成形,特別適合於(yu) 多品種小批量的生產(chan) 和新產(chan) 品的開發,大幅降低了成本,縮短了產(chan) 品開發周期。
由此形成了全新的高應變率超塑性板金成形理論,開辟了新的成形技術。
激光衝(chong) 擊成形技術的開發,必將推動高壓高應變率超塑性成形理論的發展,並帶動激光控製軟件、有限元分析軟件、動態模擬軟件的發展,形成一個(ge) 嶄新的理論空間。激光衝(chong) 擊成形裝置開發與(yu) 應用,必將是鈑金行業(ye) 的一場具有重要意義(yi) 的技術革命。本源頭創新的預期研究成果具有廣闊的應用前景,潛在巨大的經濟效應和社會(hui) 效益。現分析如下: 
(1)工業(ye) 應用
航空航天工業(ye) 。
在航空航天工業(ye) 中的應用具有如下優(you) 點:(1)金屬板材衝(chong) 擊成形後表麵形成了很深的高幅值殘餘(yu) 壓應力,可顯著提高疲勞壽命。如3mm厚的2024鋁合金衝(chong) 擊成形後表麵形成-235MPa至-300MPa的殘餘(yu) 壓應力,根據我們(men) 所做的激光衝(chong) 擊強化實驗結果,此狀態可提高疲勞壽命4倍以上。這特別適合於(yu) 製造有抗疲勞性能要求的鈑金件,如飛機機翼蒙皮等,可減去常規的強化工藝。(2)小曲率板材彎曲成形。由於(yu) 是全塑性彎曲,無回彈,解決(jue) 了常規工藝反複試模費工費事費錢的缺點。(3)難成形材料的成形,如鈦合金導彈尾翼的彎曲精密成形。(4)成形精確,成本低,速度快,特別適合於(yu) 批量少的新品研製。假如僅(jin) 估算激光衝(chong) 擊凹模仿形,就可節約一半模具,僅(jin) 此一項,對一個(ge) 新型號的研究而言節省的經費可達上億(yi) 元。激光衝(chong) 擊成形將是噴丸成形的替代技術。
A、 汽車製造業(ye) 。
汽車改型主要是車身的變化,車身是汽車的重要組成部分,車身開發的關(guan) 鍵在於(yu) 模具的開發。一輛汽車上約有80%的零部件是用模具加工製造的。在"車型設計→模具設計與(yu) 調試→投產(chan) "的整個(ge) 周期中,模具設計和製造約占2/3的時間,成為(wei) 車身改型的製約因素。模具的製造成本極為(wei) 昂貴,一副模具達幾十乃至上百萬(wan) 是常見的事,美國開發一款新型汽車的模具費就達1至2億(yi) 美圓。所以,激光衝(chong) 擊成形技術在汽車製造業(ye) 中的應用將產(chan) 生巨大的經濟效益和社會(hui) 效益。
B、 其他鈑金加工業(ye) 。
其他使用板金成形的行業(ye) 也具有極大的市場。如電冰箱、洗衣機、導彈尾翼製造等。
薄板製造業(ye) 。
采用先進的激光衝(chong) 擊成形技術,可降低對薄板質量的要求,這可為(wei) 國家節約大量的外匯,為(wei) 薄板製造業(ye) 增產(chan) 增效作出貢獻。我國鈑金衝(chong) 壓成形性能不過關(guan) ,在國內(nei) 用戶中從(cong) 未占有應有的地位。如幾十年前從(cong) 產(chan) 生的第一個(ge) 馬燈起,直到現在都是采用國外鈑金。電冰箱、洗衣機、縫紉機和汽車工業(ye) 等,從(cong) 一開始就是沿這一條老路走下來,這變成了為(wei) 外國賣主創造利潤。尤其90年代以來,薄板金進口逐年增加,如1996年進口約840萬(wan) 噸,較95年增長47%。與(yu) 此同時,國產(chan) 薄板銷路不暢,庫存增加,這種情況如不加以製止,問題將越來越嚴(yan) 重。激光衝(chong) 擊成形技術適應性強,對板金的成形性能要求低,進而通過開發係列的激光衝(chong) 擊成形專(zhuan) 用板材,為(wei) 薄板製造業(ye) 創造新的經濟增長點。
C、 模具製造業(ye)
對高強度結構鋼板直接激光衝(chong) 擊成某些拉深模陰模,外部加固後就可用於(yu) 生產(chan) 。
不可替代的特殊應用。
激光衝(chong) 擊成形除了可對薄板衝(chong) 壓成形外,還可對厚達20mm的金屬厚板彎曲成形。此外還可對高強度結鋼、鈦合金、塑料及複合材料等多種材料冷衝(chong) 壓成形,甚至對脆性材料彎曲成形,實現脆塑的動態轉變,如對鍍TiN(5μm厚)的鏡麵不鏽鋼板進行衝(chong) 擊拉伸成形,TiN塗層表麵形成塑性滑移線且附著良好,無裂紋。這些特殊的用途是其他成形方法無法替代的。
D、 高功率激光器的製造與(yu) 應用
我國109W級的高功率固體(ti) 激光器(solid laser)的製造水平和工業(ye) 應用落後於(yu) 國外,激光衝(chong) 擊成形的巨大應用市場究必將推動我國高功率激光器設計、製造及應用的發展。形成新經濟增長點。 
(2)科學研究
激光衝(chong) 擊成形設備為(wei) 高應變率動態塑性理論的研究提供了新的實驗手段,方便實用成本低。材料物性的非線性效應、複雜的本構行為(wei) 注定塑性理論的研究必須以實驗技術為(wei) 依托,並涉及機械學、材料學、力學、熱學等學科,是多學科的交叉研究。由於(yu) 實驗手段的缺乏造成動態塑性變形理論的發展緩慢,尤其是應變率高於(yu) 105S-1,新實驗手段的出現必將促進動態超塑性成形理論的發展。

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