[发明专利]基于激光推进制作板料冲击成形极限图的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属板料成形极限图的制作方法与装置，具体是一种基于激光推进制作板料冲击成形极限图的方法与装置。

背景技术

激光冲击板料成形是一种融材料改性强化和成形于一体的复合成形技术，具有超高压、快速和高应变率等特点，在汽车、航空、国防工业等许多领域有广泛的潜在的应用前景。但是，激光冲击成形研究刚刚起步，遇到了如成形破裂等很多问题，技术的发展遇到瓶颈。而成形极限图是评价材料成形性能的重要判据，研究和保证板料在高应变率激光冲击波中有良好的成形性十分必要。

激光冲击金属板料成形时，常常因为冲击成形过程中冲击波的压力过大，很容易导致金属板料被冲破或者发生颈缩等失效变形，所以很有必要探索金属板料激光冲击下的成形性能判据—激光冲击成形极限图；激光冲击金属板料的成形极限图不能用传统的压力加工技术冲压金属板料的成形极限图来代替，因为激光冲击板料成形具有超高压、快速和高应变率等特点，传统的压力加工技术不具有这些特点；采用激光直接冲击金属板料上，板料破裂严重，呈四周爆炸裂纹，不能精确的测到破裂处的极限应变值，还有激光束冲击板料时方向性不好，容易冲偏方向，浪费实验板材，所以得到的成形极限图（FLD）就不是很精确，不能精确的预测与控制激光冲击板料高应变率成形性。国内江苏大学姜银方等人申请的发明专利“激光冲击板料成形极限图的制作方法及数据采集装置”，专利授权号：200910264808.X，该专利需要制造不同椭圆度的椭圆凹模，也不容易制出合适的椭圆度，制模费用高，更换时间长,又由于激光冲击金属板料成形具有高应变率,各方向的应变差异较小, 椭圆长短轴方向的差异也小。基于上述原因，本发明提出了激光推进子弹冲击板料成形极限图的概念和采用改变板料的长宽比，产生板料激光冲击成形时的不同应变路径，以获得板料的激光冲击成形极限图。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺点，提供一种基于激光推进制作板料冲击成形极限图的方法与装置，从而方便的获得板料的激光冲击成形极限图，用来作为预测与控制激光冲击波高应变率成形性的基本判据，以对激光冲击成形件进行有效的设计、预测板料的成形性、选择合理优化的工艺参数，使激光冲击波成形技术生产化。

本发明的技术方案之一：一种基于激光推进制作板料冲击成形极限图的方法，包括数据的采集和板料冲击成形极限图的绘制，其特征在于采用重复频率脉冲激光器产生的冲击波推进子弹，子弹产生动量作用在不同宽度板料上，子弹导向结构保证冲击力的作用点和作用方向，使板料变形均匀，数据可测，具体步骤如下：

（1）在板料上印制精细网格；

（2）把印制网格的板料切成不同宽度；

（3）把以上板料放在凹模上，无网格的一面与子弹相对，用带压延筋的压边圈压死；

（4）制作推进子弹，涂附吸收层，并安装在带有约束层的冲击装置上；

（5）启动激光器，调节工艺参数；

（6）进行冲击试验，检测仪测到板料破裂时，停止激光冲击；

（7）取出板料，在板料上破裂点附近选择最近的和长短轴变化大的完整的椭圆形网格，用网格仪检测椭圆的长轴和短轴值，并计算转换成主次应变值；

（8）改变板料的长宽比，并重复步骤（5）～（7），获取至少五组实验数据；

（9）将上述实验得到的各组主应变值和次应变值描绘在以主应变和次应变为坐标轴的坐标系中，将所有的点连接成曲线，就得到了从单拉到等双拉应变状态下板料的激光冲击成形极限图。

本发明是通过改变板料的长宽比x（x=b/a，b表示板料的短边长、a表示板料的长边长）来改变极限点的应变状态，板料的长宽比为0～1，不同长宽比的板料在激光推进子弹的作用下均能够以线性的或准线性的应变路径变形，使试件上的某一点达到极限应变状态，获得所需不同应变状态下的极限应变值，制作激光冲击成形极限图。

本发明采用重复频率脉冲激光器产生激光束的激光脉宽（1fs～200ns）、能量（10uJ～100J）、光束直径（0.1～20mm）等激光参数来调整冲击波压力的大小和冲击方向。