一种激光诱导冲击波高精度成形方法技术

本发明专利技术公开了一种激光诱导冲击波高精度成形方法，属于激光冲击成形技术领域。该方法为：(1)确定零件的材质、尺寸及成形后的结构尺寸；(2)绘制零件三维模型，确定激光冲击成形加工方案，通过调整工艺参数使成形后的结构尺寸满足要求；(3)使用轨迹规划软件确定第一个加工区域的加工轨迹，按所确定的加工方案及加工轨迹对第一个冲击区域冲击；(4)对第一个区域冲击后的零件进行扫描，计算结构尺寸，并重新绘制零件三维模型；(5)按新绘制的零件三维模型确定第二个冲击区域加工轨迹，按所确定的加工方案及加工路径对第二个冲击区域冲击；重复上述过程，直到所有区域加工完成。该方法使激光准确辐照到指定位置，提高激光冲击成形精度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种激光诱导冲击波高精度成形方法


[0001]本专利技术涉及激光冲击成形
，具体涉及一种激光诱导冲击波高精度成形方法。

技术介绍

[0002]激光冲击成形是一种新兴的材料成形技术，其原理为首先在待加工表面涂敷一层牺牲层(通常为铝箔或黑胶带)，当高能量短脉冲的激光辐照在材料表面时，零件表面牺牲层吸收激光能量，在极短的时间内汽化为等离子体，等离子体继续吸收能量迅速膨胀，在最外层透明约束层(通常为水)的约束下形成Gpa级的应力波向零件内部传播，在高压应力波的冲击作用下，加工区域产生塑性变形，并随着激光扫描零件表面，塑性变形区面积不断增加，最终加工成所需形状。
[0003]在激光冲击成形过程中，由于是逐点对待加工区域进行激光扫描，因此激光辐照位置对最终的成形尺寸有着重要的影响。现有的激光冲击成形技术并没有考虑加工过程中由于材料变形导致加工位置及加工角度产生的偏移，因此后续加工点实际加工位置与设计的加工位置存在偏差，这降低了激光冲击成形技术的精度，从而限制了激光冲击成形技术的应用领域。

技术实现思路

[0004]针对现有激光冲击成形过程中因材料变形导致实际加工位置与设计的加工位置存在偏差的问题，本专利技术的目的在于提供一种结合轨迹规划、数值模拟及视觉测量的分区域激光诱导冲击波高精度成形方法，从而使激光准确辐照到指定位置，提高激光冲击成形精度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种激光诱导冲击波高精度成形方法，包括如下步骤：
[0007](1)确定零件的材料种类、初始结构尺寸及成形后的结构尺寸；
[0008](2)使用Solidwork软件绘制零件三维模型，采用有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟分析并确定激光冲击成形加工方案：将激光能量、激光脉宽、光斑形状和尺寸、搭接率、初始结构尺寸参数、加工区域、每个区域的激光扫描方向导入到ABAQUS软件中，使用Fabbro模型和Johnson_Cook材料本构模型计算得到冲击成形后的结构尺寸，通过调整工艺参数使成形后的结构尺寸满足要求，从而确定加工方案；
[0009](3)使用轨迹规划软件确定第一个加工区域的加工轨迹(即激光扫描轨迹)，按步骤(2)所确定的加工方案以及生成的第一个加工区域的加工轨迹对第一个冲击区域进行冲击；
[0010](4)使用激光扫描测量仪对第一个区域冲击后的零件进行扫描，生成点云数据，计算结构尺寸，并使用Solidwork软件重新绘制零件三维模型；
[0011](5)使用轨迹规划软件按新绘制的零件的三维模型确定第二个冲击区域的加工轨
迹，按步骤(2)所确定的加工参数及第二个冲击区域的加工轨迹对第二个冲击区域进行冲击；
[0012](6)使用激光扫描测量仪对第二个区域冲击后的零件进行扫描，生成点云数据，计算结构尺寸，并使用Solidwork软件重新绘制零件三维模型；
[0013](7)针对后续的加工区域，重复步骤(3)
‑
(5)，直到所有加工区域均加工完成。
[0014]步骤(2)中，所确定加工参数为：激光能量、激光脉宽、光斑形状和尺寸、搭接率、加工区域、每个区域的激光扫描方向。
[0015]步骤(4)中，扫描分辨率为0.1
‑
0.3mm。
[0016]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0017]1、本专利技术利用数值模拟的方式确定加工方案，提高加工的准确性并降低做工艺试验的时间与成本，在工程应用中适用性广。
[0018]2、本专利技术利用视觉测量和轨迹规划的方法逐区域的进行冲击，减少加工中变形对后续加工点位置的偏差，提高加工精度。
附图说明
[0019]图1为本专利技术激光冲击成形操作流程。
[0020]图2为冲击区域1,2,3后数值模拟结果。
[0021]图3为加工区域和激光扫描方向
[0022]图4为冲击区域1,2,3的轨迹规划生成的加工轨迹。
[0023]图5为冲击区域1,2,3后视觉测量的结构尺寸。
具体实施方式
[0024]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0025]实施例1：
[0026]本实施例为结合轨迹规划、数值模拟及视觉测量的分区域激光诱导冲击波高精度成形方法，具体如下：
[0027]1、确定零件的材料种类、初始尺寸及成形后的结构尺寸。其中材料种类为铝合金7050，初始尺寸125
×
25
×
3mm，要求成形后曲率半径为260
±
5mm。
[0028]2、使用Solidwork软件绘制零件三维模型。采用有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟分析确定激光冲击成形方案：将激光能量、激光脉宽、光斑形状和尺寸、搭接率、结构尺寸参数、加工区域、每个区域的激光扫描方向导入到ABAQUS软件中，使用Fabbro模型和Johnson_Cook材料本构模型计算得到冲击成形后的结构尺寸，通过调整工艺参数使成形后的结构尺寸满足要求，从而确定加工方案：激光能量10J、激光脉宽15ns、光斑形状为正方形、光斑尺寸为4mm、搭接率30％、加工区域为3个、每个区域的激光扫描方向沿试件长边方向走“之”字形路径。加工区域和激光扫描方向如图3所示。数值模拟结果如图2所示，区域1冲击后变形量为3.04mm，此时曲率半径为645mm。区域2冲击后变形量为5.65mm，此时曲率半径为349mm。区域3冲击后变形量为7.50mm，此时曲率半径为264mm。
[0029]3、使用轨迹规划软件确定第一个加工区域的加工轨迹(即激光扫描轨迹)，如图4a)，按步骤(2)所确定的加工方案以及生成的第一个加工区域的加工轨迹对第一个冲击区
域进行冲击；
[0030]4、使用激光扫描测量仪对第一个区域冲击后的零件进行扫描，扫描分辨率0.1mm，生成点云数据，计算结构尺寸，视觉测量结果如图5(a)所示，区域1冲击后变形量为3.06mm，此时曲率半径为632mm。并使用Solidwork软件重新绘制零件三维模型。
[0031]5、使用轨迹规划软件确定第二个加工区域的加工轨迹(即激光扫描轨迹)，如图4b)，按步骤(2)所确定的加工方案以及生成的第二个加工区域的加工轨迹对第二个冲击区域进行冲击；
[0032]6、使用激光扫描测量仪对第二个区域冲击后的零件进行扫描，扫描分辨率0.1mm，生成点云数据，计算结构尺寸，视觉测量结果如图5(b)所示，区域2冲击后变形量为5.7mm，此时曲率半径为338mm。并使用Solidwork软件重新绘制零件三维模型。
[0033]7、使用轨迹规划软件确定第三个加工区域的加工轨迹(即激光扫描轨迹)，如图4c)，按步骤(2)所确定的加工方案以及生成的第三个加工区域的加工轨迹对第三个冲击区域进行冲击；
[0034]8、使用激光扫描测量仪对第三个区域冲击后的零件进行扫描，扫描分辨率0.1mm，生成点云数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光诱导冲击波高精度成形方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)确定零件的材料种类、初始结构尺寸及成形后的结构尺寸；(2)使用Solidwork软件绘制零件三维模型，采用有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟分析并确定激光冲击成形加工方案：将激光能量、激光脉宽、光斑形状和尺寸、搭接率、初始结构尺寸参数、加工区域、每个区域的激光扫描方向导入到ABAQUS软件中，使用Fabbro模型和Johnson_Cook材料本构模型计算得到冲击成形后的结构尺寸，通过调整工艺参数使成形后的结构尺寸满足要求，从而确定加工方案；(3)使用轨迹规划软件确定第一个加工区域的加工轨迹(即激光扫描轨迹)，按步骤(2)所确定的加工方案以及生成的第一个加工区域的加工轨迹对第一个冲击区域进行冲击；(4)使用激光扫描测量仪对第一个区域冲击后的零件进行扫描，生成点云数据，计算结构尺寸，并使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙博宇，赵吉宾，乔红超，陆莹，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：