1Cr13不锈钢板激光弯曲数值模拟

文献标识码 ： Ａ
激 光弯 曲成 形 技术 是 近年来 出现 的一种 新 的板 料加工方法 ， 利 用激 光 束扫 描 金属 板 材表 面 时 ， 他 在
光斑半 径 为 ２ｍｍ， 描 速 度 为 １ 扫 ０ｍｍ／ 。通 过 模 ｓ
拟得 到给 定工艺 参 数下板 料激 光成 形 过程 中 的形 变
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１ ｒ ｌ Ｃ ３不锈钢 板 激 光 弯 曲 数 值模 拟
合 肥 工 业 大 学材 料 科 学 与 工 程 学 院 （ ３ ０ ９ 朱 晓勇 段 园培 薛 克 敏 ２００ ）
【 要】在 综合 分析 了材 料 的热物 理 性能 和 力学性 能 随温度 变化 影响 的基 础 上 ， 立 了板料 激 摘 建 光 弯曲成 形的 三维 热 力耦 合模 型 。对 １ ｒ３不锈 钢 钢板 的激 光单 次扫描 弯 曲过 程进 行 了数值 Ｃｌ 模拟 ， 到 了形 变场 、 得 温度场 以及 应 力场模 拟 结果 ， 并对 其 变形过 程和 变形 机理 进行 了分析 。 关键 词 板 料激 光 弯 曲 热 力耦合 数值模 拟 １ ｒ３ Ｃ ｌ
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图 １ 自由 端 上 表 面 Ｚ向 位 移 变 化 曲线 图
移开 ， 温度 迅速 下 降 ， 入 冷却 阶段 ， 进 而其 下 表 面 温
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２ ２℃， ３ 随后 随着 光斑 的
１ 建 模 及 网格 划 分
有 限元 模 型 采用 ８节 点 ６面体 缩 减 积 分单 元 ， 考 虑到激 光束 照 射后 在材 料热作 用 区产 生强 烈 的温 度 和应 力梯 度 ， 故采 用非 均匀 网格 划分 ， 即沿激 光束 扫 描路 径局 部将 单 元 网 格 细分 ， 远 离 扫描 轨 迹 的 在 区域 网格则 较 为粗 大 。将 板材 长度 方 向 的一端作 为 场、 温度Βιβλιοθήκη 场 和应力 场等模 拟 结果 。
２ １ 变 形 场 ．
热作用 区域 内产 生非均匀分布 的热应 力 ， 板材 产生 使
塑性变 形 。激光成 形技术 的应 用 ， 引起 了 国内外 学者 的关 注 ， 对 其 机 理 及 应 用 开 展 了研 究 与开 发口 ］ 并 。 目前仍 处于定性 的分析 和模 拟试验 阶段 ［ ］ ３。 板 料激 光弯 曲成 形是 一个 温度 、 力 、 变 ３方 应 应 面相互作 用 的复 杂 过 程［ ］ 以 １ ｒ ３不 锈 钢 材 料 ７。 ｛ Ｃｌ
图１ 为板料 自由端端线上表面 Ｚ向位移变化 曲线
图， 可以看出 ， 给定参数下 ， 扫描初始 阶段 ， 料发生 在 板
轻微 的反 向弯 曲现象 ， 大 为 ０ ０６ｍ 随着光 斑 的 最 ．４ ｍ， 移动 ， 板料反 向弯曲的趋势逐渐减 小 ， ． 后开始转 在０ ３ｓ 为正向弯 曲， 最终得 到弯 曲变形量为 ０ ２８ｍｍ。 ．７
２ ２ 温 度场 、 力场 ． 应
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为研 究对象 ， 用传 热学 、 弹塑性 理论 以及数 值计 应 热
算方 法 ， 用 有 限元 模拟 软件 对 不 锈 钢 板 料激 光 弯 采 曲成 形进 行 了数值 模拟 ， 并进 行 了分析 。
图 ２为 激 光 扫 描 线 中心 的上 下 表 面 节 点 温 度 随时 间 的 变化 曲线 。 当 光 束 扫 描 至 该 节 点 处 ， 上 表 面温 度 在 ０ ３ 其 ． Ｓ时 间 内 迅 速 升 高 到 １
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中 图 分 类 号 ： ６ ５ ＴＮ ４ ＴＧ ６ ； ２ ９
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