[发明专利]钛合金激光弯曲成形零件弯曲角的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种零件弯曲角的预测方法，特别是涉及一种钛合金激光弯曲成形零件弯曲角的预测方法。

背景技术

钛合金是以其优异的综合性能，在航空航天海洋领域获得了广泛应用。目前，国内飞机、卫星、火箭等装备上采用了较大比重的大尺寸钛合金直线折弯零件和曲线弯折零件。由于钛合金在室温下的塑性差，冷变形十分困难，采用加热变形制造技术需要制造大量的耐高温模具和加热炉，其周期长、成本高，使用性能难以保证。对于大尺寸薄板钛合金弯曲零件，其制造难度更大。金属结构材料激光弯曲成形属于无模、柔性塑性加工新技术，可以在无需工装或模具的条件下，迅速成形制造出任意形状的曲面零件。激光弯曲成形技术省去了大量的耐高温模具和加热炉制造，在保证零件使用性能的前提下，可以降低制造成本、缩短制造流程、加快零件研制，是二十一世纪的先进制造技术之一。

同传统的弯曲成形技术一样，激光弯曲成形技术中弯曲零件的弯曲角是工艺设计与优化的基本参量，板料几何参数、激光成形参数对弯曲零件弯曲角的影响十分显著。

文献1“Ti-6Al-4V钛合金的激光弯曲成形特性[J]，李俐群，陈彦宾，张立文，封小松，中国有色金属学报，2005，15(6)：842-847”报道了Ti-6Al-4V钛合金板材经过多次激光直线扫描后弯曲角与扫描次数呈近似线性关系。

文献2“钛合金件激光弯曲成形精度控制与数值模拟研究[M]，刘畅，华中科技大学硕士学位论文，2012，1-72”报道了扫描速度、激光功率、扫描次数、能量密度对TC4钛合金激光直线弯曲角的影响规律。钛合金是一种难变形金属结构材料，其动态特性对外加场变量特别敏感，因此钛合金激光弯曲成形过程被视作一个多场耦合、高度非线性的复杂过程，其物理模拟实验获得的弯曲零件弯曲角数据极少，对工艺设计与优化的指导作用极为有限。

文献3“钛合金薄板激光弯曲成形数值模拟及优化设计研究[M]，喻佳，合肥工业大学硕士学位论文，2009，1-74”报道了预测TA15钛合金薄板激光直线弯曲角的人工神经网络模型。钛合金激光弯曲成形时，能量密度是激光功率、光斑直径、扫描速度的综合效应，扫描间隔时间又与扫描速度相关；采用能量密度作为外场物理量对钛合金激光弯曲动态特性的影响更准确，文献3将激光功率、光斑直径、扫描速度、扫描间隔时间作为影响钛合金激光弯曲角的主要因素也不妥当。同时，文献3的预测模型没有考虑板材几何参数，特别是板材厚度对钛合金激光弯曲角的影响，因此其数学模型对钛合金激光弯曲特性的描述不准确。

事实上，钛合金激光弯曲成形过程中，板材几何参数、能量密度对弯曲角的影响十分显著，是钛合金激光弯曲工艺设计的重要参量。因此，采用现有模型预测的钛合金弯曲零件的弯曲角不能满足弯曲工艺设计的要求。

发明内容

为了克服现有弯曲角预测方法预测弯曲角精度差的不足，本发明提供一种钛合金激光弯曲成形零件弯曲角的预测方法。该方法首先确定钛合金激光弯曲成形时的能量密度、板材宽度、板材厚度和扫描路径曲率的12个隶属函数和81条模糊规则，再建立钛合金激光弯曲成形时弯曲角的数学模型；采用钛合金激光弯曲成形实验数据，优选出模糊规则权系数和权值，然后代入钛合金激光弯曲成形时弯曲角的数学模型，得到钛合金激光弯曲成形时弯曲角的预测模型。本发明预测的TC4合金激光弯曲成形时弯曲角的测试样本结果与实验结果之间的最大误差小于4％。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钛合金激光弯曲成形零件弯曲角的预测方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、采用激光对钛合金板材表面进行扫描辐照处理，测量钛合金激光弯曲零件的弯曲角；

步骤二、对钛合金激光弯曲成形时的能量密度I，单位J/mm²、板材宽度b，单位mm、板材厚度t，单位mm和扫描路径曲率单位mm^-1进行归一化处理；

步骤三、将钛合金激光弯曲成形时的能量密度x₁、板材宽度x₂、板材厚度x₃和扫描路径曲率x₄设为输入变量，将上述四个输入变量划分为大、中、小三个子区间，表示为{UL,UM,US}，弯曲角设为函数输出值φ，单位°；

步骤四、确定钛合金激光弯曲成形时能量密度、板材宽度、板材厚度和扫描路径曲率在三个子区间的隶属函数分别为，