影响激光喷丸成形中板料最终成形形状的工艺参数众多,为了达到需要的板料变形量及残余压应力层深度,必须对各工艺参数进行优化控制.利用正交表设计了主要的激光器和板料参数,并用ANSYS/LS-DYNA模拟了全部情况.采用极差法对数值计算结果进行分析,得到了各因素的主次关系以及较优的参数水平组合.结果表明,利用正交法对激光喷丸成形工艺参数进行优化设计可以有效控制残余应力形态,从而控制板料变形,对试验具有重要的指导意义.

为了解决难成形材料微构件成形困难,采用脉冲固体激光器对铝合金微型件进行了辅助加热实验研究,同时利用有限元软件ABAQUS建立了基于激光加热的微镦粗圆柱形工件的热力耦合有限元模型,对激光加热后的温度场分布和微塑性成形过程进行了模拟研究。结果表明,工件在激光功率800mW,加热时间0.08s,光斑半径0.1mm下的温度场分布呈卵圆形,在短时间内温度场基本趋于均匀化,激光加热下的微塑性成形应力比常温下降低了30%左右。这一结果对提高微塑性材料的成形性能和完善微热及微温成形工艺是有帮助的。

为了研究激光冲击成形后残余应力对板料性能的影响,采用高功率Nd:glass激光器对金属薄板激光冲击成形,使用X射线衍射法对激光冲击成形后的金属薄板的表面残余应力分布分析研究。薄板成形后的凹面分布存在较大的残余压应力,而凸面边缘存在较小的残余拉应力;残余应力随着激光能量的增加而增加,但当到达一定值时,凹面残余压应力达到最大值;在冲击凹面中心点处的残余应力值最大,周围处的残余应力以中心点为圆心向外呈非线性递减。在不同的凹模孔径下采用8mm光斑、30J激光能量单次冲击,发现存在一个凹模孔径阈值,小于阈值时,残余应力随着孔径的增大而增大;大于阈值时,随着孔径的增大而减小,阈值大小大约为20mm。结果表明,该研究对进一步研究残余应力的控制有重要作用,且对材料的抗疲劳性能、抗应力腐蚀、表面性能研究有很重要的理论和工程价值。