[发明专利]控制复杂曲面薄壁零件在激光喷丸强化过程中变形的方法

说明书

本发明公开一种控制复杂曲面薄壁零件在激光喷丸强化过程中变形的方法，包括以下过程：S1、建立库文件，库文件中包含不同条件下板料的变形形式；S2、确定板料表面塑性变形深度与板料变形方式、变形量的对应关系，并将结果存于库文件中；S3、基于弹塑性力学，结合有限元仿真和激光喷丸实验结果的分析处理，建立不同变形形式的变形特征参数，确定正反变形转化阈值参数；S4、基于薄壁零件曲面的特征方程或曲面坐标，结合激光喷丸参数和不同区域的厚度计算变形特征参数，确定所选的激光喷丸强化参数是否会产生变形。本发明具有方案直观，易于判断，可有效控制复杂曲面薄壁零件激光喷丸强化过程变形的优点，符合复杂曲面薄壁结构零件高要求的标准。

技术领域

本发明属于激光加工制造技术领域，具体涉及一种控制复杂曲面薄壁零件在激光喷丸强化过程中变形的方法。

背景技术

激光喷丸强化作为一种新型表面改性技术，具有加载压力高，塑性变形影响程度深，冲击区域、加载压力参数可控，易于自动化等优点，激光喷丸强化处理过程中，会在零件表面产生塑性变形，即在表面形成微凹坑，实现零件表面局部的体积转移，使得零件产生变形，尤其是在复杂曲面薄壁零件的激光喷丸强化过程中，复杂表面曲率使得薄壁零件极易产生弯曲、扭转变形，对复杂曲面薄壁零件激光喷丸强化过程中的变形情况进行合理的评估预测有助于提高激光喷丸强化效果；目前的评估方法，判断过程繁琐，且不便于对变形情况的控制。

发明内容

本发明的目的是要提供一种控制复杂曲面薄壁零件在激光喷丸强化过程中变形的方法，用于合理评估并控制复杂曲面薄壁零件激光喷丸强化过程中的变形问题。

为实现上述目的，本发明的实施例提供一种控制复杂曲面薄壁零件在激光喷丸强化过程中变形的方法，其特征在于，包括以下过程：

S1、建立库文件，库文件中包含不同条件下板料的变形形式；

S2、确定板料表面塑性变形深度与板料变形方式、变形量的对应关系，并将结果存于库文件中；其中，正向表示变形方向与激光束作用方向相同的变形方式；反向表示变形方向与激光束作用方向相反的变形方式；

S3、基于弹塑性力学，结合ABAQUS有限元仿真和激光喷丸实验结果的分析处理，以板料厚度及塑性变形深度确定激光喷丸过程中正反向变形方式，建立不同变形形式的变形特征参数，确定正反变形转化阈值参数，并将变形特征参数、阈值参数对应的激光喷丸参数、板料材质厚度及残余应力分布结果存储于数据库中；

S4、实际进行复杂曲面薄壁件激光喷丸强化过程中，基于零件曲面的特征方程或曲面坐标，以厚度作为指标，对曲面零件表面进行划分，根据激光喷丸强化的目标结果选择激光喷丸参数，结合激光喷丸参数和不同区域的厚度计算变形特征参数，确定所选的激光喷丸强化参数是否会产生变形；如产生变形，则确定变形形式，基于评判预测结果重新确定激光喷丸参数；若产生正向变形，则减小激光喷丸参数，则减小激光喷丸参数，或增大功率密度，使变形特征参数处于正反变形转化阈值附近若产生反向变形，则减小激光喷丸参数。

进一步的，所述步骤S1中，不同激光喷丸参数、不同厚度不材质板料与变形形式对应关系库文件通过理论分析、仿真研究及实验模拟的方法确定，库文件中记录了不同激光功率密度、不同厚度变化后板料变形的规律。

进一步的，所述步骤S2中，表面塑性变形深度通过测量板料深度方向的残余应力分布及理论计算综合确定，板料变形方式和变形量通过三坐标测量仪确定，所述的塑性变形深度理论计算公式为式中，C_el为弹性波波速，C_pl为塑性波波速，τ激光脉冲宽度，P为激光冲击波压力，HEL为材料动态屈服强度。

进一步的，所述步骤S3中，变形特征参数通过塑性变形深度和板料厚度建立，具体为式中，L_p是塑性变形深度，h是板料厚度，建立变形特征参数与变形形式的对应关系。