铝合金轻量化壁板的激光诱导热成形研究

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近年来,随着航空航天、船舶、汽车等行业的快速发展,轻质金属板材的应用日益广泛,其中铝合金凭借质量轻、强度高、耐腐蚀等优良特性得到了大量应用。针对包括铝合金在内的金属板材,传统的成形工艺通常需要借助模具来对板材进行成形。然而对于一些大尺寸、形状复杂、成形精度的要求不高、小批量生产的零件来说,模具的设计周期会很长,同时制造成本很高,因此近年来,一种新的无模成形技术——激光诱导热成形技术逐渐引起了人们的关注。本文针对航天用5A06铝合金轻量化壁板的激光诱导热成形工艺技术进行了基础研究,探索该材料的激光诱导热成形的基本工艺规律,为后续实际应用打下基础。本文首先通过试验对航天用5A06铝合金的激光诱导热成形特性进行了研究。确定了5A06铝合金激光诱导热成形的合理工艺参数范围,并分析了激光加热对于铝合金材料的微观组织及硬度的影响。同时利用正交试验探索了激光功率、光斑直径、扫描速度、扫描线位置等工艺参数对5A06铝合金板材变形量的影响程度,并通过单因素试验研究了不同工艺参数对板材变形量的影响规律。本文还对板材激光诱导热成形中严重影响板材成形精度的边界效应现象(或称翘曲现象)进行了研究。分析其产生的原因并且深入研究了激光功率和扫描线位置对边界效应的影响,提出了利用变功率扫描方式抑制边界效应的工艺方法,并分别通过有限元仿真分析与实验验证了这一方法对于抑制边界效应现象的有效性。在上述研究的基础上,对航天用5A06铝合金轻量化壁板的激光诱导热成形工艺规划进行了研究。利用有限元方法分析了轻量化壁板在激光扫描过程中的温度场、应力场、应变场以及变形过程,提出了变功率扫描与外力辅助成形相结合的工艺策略来抑制轻量化壁板成形过程中的不均匀变形。同时对连续扫描轻量化壁板的温度场分布和变形规律进行了初步探究。本文的研究工作为5A06铝合金轻量化壁板激光诱导热成形工艺技术的深入研究奠定了基础,对于实现特殊结构板材的无模成形也具有重要意义。
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