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金属板料中空激光冲击成形的成形极限研究
摘要
本文研究了金属板料中空激光冲击成形的成形极限。首先，介绍了激光冲击成形的基本原理和发展现状；其次，阐述了成形极限的概念及其影响因素；接着，利用有限元方法，对金属板料中空激光冲击成形的成形极限进行了数值模拟，绘制了应力-应变曲线和变形分布曲线，并分析了各参数对成形极限的影响；最后，提出了进一步研究的方向和建议。研究结果表明，金属板料中空激光冲击成形存在成形极限，并且受到多种因素的共同影响。
关键词：激光冲击成形；成形极限；金属板料；有限元方法；数值模拟
Abstract
Thispaperstudiedtheforminglimitofhollowlasershockforminginmetalsheet.Firstly,thebasicprincipleanddevelopmentstatusoflasershockformingwereintroduced.Secondly,theconceptofforminglimitanditsinfluencingfactorswereexpounded.Then,theforminglimitofhollowlasershockforminginmetalsheetwasnumericallysimulatedbyusingfiniteelementmethod,andthestress-straincurveanddeformationdistributioncurveweredrawn,andtheinfluenceofvariousparametersonforminglimitwasanalyzed.Finally,thedirectionandsuggestionsforfurtherresearchwereputforward.Theresultsshowedthatthereisaforminglimitinhollowlasershockformingofmetalsheet,anditisinfluencedbymultiplefactors.
Keywords:lasershockforming;forminglimit;metalsheet;finiteelementmethod;numericalsimulation
1.引言
金属板料中空激光冲击成形技术以其高精度、高效率、高质量等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、电子、光学等领域。与传统成形方法相比，它不需要任何模具，能够完成复杂形状的成形，而且成形速度非常快，在减少制造成本、提高产品质量、缩短生产周期等方面都有很大的优势。然而，金属板料中空激光冲击成形也存在一些问题，其中之一就是成形极限的问题。成形极限是指金属板料在冲击过程中，受到的应力和变形超过一定程度后，就会发生断裂或者回弹现象，从而无法继续进行成形。成形极限的大小，直接影响着金属板料的成形质量和成形效率。因此，对金属板料中空激光冲击成形的成形极限进行研究，对于提高成形质量和生产效率具有重要的意义。
2.激光冲击成形的基本原理和发展现状
激光冲击成形技术是一种非接触性成形技术，它利用激光束在瞬间产生的高能量，对金属板料进行冲击和加工。激光冲击成形的基本原理是利用激光束的瞬间冲击力，使金属板料表面发生爆炸性气体化，形成高温高压区域，从而使金属板料发生变形。激光冲击成形可以用来成形各种形状和尺寸的金属板料，不需要任何模具，具有高精度、高效率、高质量等优点。
激光冲击成形技术的发展经历了三个阶段。第一阶段是20世纪70年代至80年代初期，激光冲击成形技术开始研究和应用，并获得一定的成果。第二阶段是80年代中期至90年代初期，激光冲击成形技术得到了进一步发展和完善，逐渐被应用于汽车、航空航天等领域。第三阶段是90年代中期至今，激光冲击成形技术取得了突破性进展，成为了高端制造技术。
3.成形极限的概念及其影响因素
成形极限是指金属板料在冲击过程中，受到的应力和变形超过一定程度后，就会发生断裂或者回弹现象，从而无法继续进行成形。成形极限受到多种因素的影响，主要包括材料本身的物理力学性质、板料的几何形状和尺寸、冲击参数等。
（1）材料本身的物理力学性质
材料的物理力学性质是影响成形极限的关键因素之一。这些性质包括材料的屈服强度、韧性、断裂强度、疲劳极限等。屈服强度和断裂强度是材料的基本力学性质，不仅影响成形极限，也影响成形的质量和效率。韧性是指材料抵抗断裂的能力，对于成形后的产品的耐久性和可靠性也有重要影响。疲劳极限是指材料在长时间重复的应力作用下的抗力，对于零件的使用寿命和可靠性也有重要影响。
（2）板料的几何形状和尺寸
板料的几何形状和尺寸也是影响成形极限的因素之一。板料的厚度、宽度、长度等尺寸，以及板料的