鈦合金激光彎曲成形零件彎曲角的預測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種零件彎曲角的預測方法，特別是涉及一種鈦合金激光彎曲成形零 件彎曲角的預測方法。
【背景技術】
[0002] 鈦合金是以其優(yōu)異的綜合性能，在航空航天海洋領域獲得了廣泛應用。目前，國內 飛機、衛(wèi)星、火箭等裝備上采用了較大比重的大尺寸鈦合金直線折彎零件和曲線彎折零件。 由于鈦合金在室溫下的塑性差，冷變形十分困難，采用加熱變形制造技術需要制造大量的 耐高溫模具和加熱爐，其周期長、成本高，使用性能難以保證。對于大尺寸薄板鈦合金彎曲 零件，其制造難度更大。金屬結構材料激光彎曲成形屬于無模、柔性塑性加工新技術，可以 在無需工裝或模具的條件下，迅速成形制造出任意形狀的曲面零件。激光彎曲成形技術省 去了大量的耐高溫模具和加熱爐制造，在保證零件使用性能的前提下，可以降低制造成本、 縮短制造流程、加快零件研制，是二十一世紀的先進制造技術之一。
[0003] 同傳統(tǒng)的彎曲成形技術一樣，激光彎曲成形技術中彎曲零件的彎曲角是工藝設計 與優(yōu)化的基本參量，板料幾何參數、激光成形參數對彎曲零件彎曲角的影響十分顯著。
[0004] 文獻l"Ti-6Al-4V鈦合金的激光彎曲成形特性[J]，李俐群，陳彥賓，張立文，封小 松，中國有色金屬學報，2005,15(6) :842-847"報道了 Ti-6A1-4V鈦合金板材經過多次激光 直線掃描后彎曲角與掃描次數呈近似線性關系。
[0005] 文獻2 "鈦合金件激光彎曲成形精度控制與數值模擬研究[M]，劉暢，華中科技大 學碩士學位論文，2012,1-72"報道了掃描速度、激光功率、掃描次數、能量密度對TC4鈦合 金激光直線彎曲角的影響規(guī)律。鈦合金是一種難變形金屬結構材料，其動態(tài)特性對外加場 變量特別敏感，因此鈦合金激光彎曲成形過程被視作一個多場耦合、高度非線性的復雜過 程，其物理模擬實驗獲得的彎曲零件彎曲角數據極少，對工藝設計與優(yōu)化的指導作用極為 有限。
[0006] 文獻3 "鈦合金薄板激光彎曲成形數值模擬及優(yōu)化設計研究[M]，喻佳，合肥工業(yè) 大學碩士學位論文，2009,1-74"報道了預測TA15鈦合金薄板激光直線彎曲角的人工神經 網絡模型。鈦合金激光彎曲成形時，能量密度是激光功率、光斑直徑、掃描速度的綜合效應， 掃描間隔時間又與掃描速度相關；采用能量密度作為外場物理量對鈦合金激光彎曲動態(tài)特 性的影響更準確，文獻3將激光功率、光斑直徑、掃描速度、掃描間隔時間作為影響鈦合金 激光彎曲角的主要因素也不妥當。同時，文獻3的預測模型沒有考慮板材幾何參數，特別是 板材厚度對鈦合金激光彎曲角的影響，因此其數學模型對鈦合金激光彎曲特性的描述不準 確。
[0007] 事實上，鈦合金激光彎曲成形過程中，板材幾何參數、能量密度對彎曲角的影響十 分顯著，是鈦合金激光彎曲工藝設計的重要參量。因此，采用現有模型預測的鈦合金彎曲零 件的彎曲角不能滿足彎曲工藝設計的要求。

【發(fā)明內容】

[0008] 為了克服現有彎曲角預測方法預測彎曲角精度差的不足，本發(fā)明提供一種鈦合金 激光彎曲成形零件彎曲角的預測方法。該方法首先確定鈦合金激光彎曲成形時的能量密 度、板材寬度、板材厚度和掃描路徑曲率的12個隸屬函數和81條模糊規(guī)則，再建立鈦合金 激光彎曲成形時彎曲角的數學模型；采用鈦合金激光彎曲成形實驗數據，優(yōu)選出模糊規(guī)則 權系數和權值，然后代入鈦合金激光彎曲成形時彎曲角的數學模型，得到鈦合金激光彎曲 成形時彎曲角的預測模型。本發(fā)明預測的TC4合金激光彎曲成形時彎曲角的測試樣本結果 與實驗結果之間的最大誤差小于4%。
[0009] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種鈦合金激光彎曲成形零件彎曲 角的預測方法，其特點是包括以下步驟：
[0010] 步驟一、采用激光對鈦合金板材表面進行掃描輻照處理，測量鈦合金激光彎曲零 件的彎曲角；
[0011] 步驟二、對鈦合金激光彎曲成形時的能量密度I，單位J/mm2、板材寬度b，單位_、 板材厚度t，單位mm和掃描路徑曲率F單位mm 1進行歸一化處理；
[0012] 步驟三、將鈦合金激光彎曲成形時的能量密度Xl、板材寬度x2、板材厚度x 3和掃 描路徑曲率x4設為輸入變量，將上述四個輸入變量劃分為大、中、小三個子區(qū)間，表不為 {UL，UM，US}，彎曲角設為函數輸出值Φ，單位° ;
[0013] 步驟四、確定鈦合金激光彎曲成形時能量密度、板材寬度、板材厚度和掃描路徑曲 率在三個子區(qū)間的隸屬函數分別為，
[0014] 對于能量密度：

[0020] 對于板材厚度：
[0023] 對于掃描路徑曲率：
[0026] 式中，B_j為隸屬函數的方差，I p ]^分別為能量密度的最大值和最小值，b p bs分別 為板材寬度的最大值和最小值，1、&分別為板材厚度的最大值和最小值，5、5分別為掃 描路徑曲率的最大值和最小值。
[0027] 步驟五、確定鈦合金激光彎曲成形時能量密度、板材寬度、板材厚度、掃描路徑曲 率的模糊規(guī)則為，
[0028] 申旲糊規(guī)則i :如果義1是UL，X 2是UL，X 3是UL，X 4是UL，
[0029] 貝IJ，輸出函數值 = K + + Xx2 + .1?? + 式％ 伊a)
[0030] 模糊規(guī)則權值^ = //(· _ //(_ //丨 （5b)
[0031] 式中，W1為第i條模糊規(guī)則的權值，X、ρ?、4、4、K為第i條模糊規(guī)則的權 系數；
[0032] 步驟六、建立鈦合金激光彎曲成形零件彎曲角的數學模型為，
[0034] 式中，m為模糊規(guī)則數，根據模糊區(qū)域劃分，m = 34;
[0035] 步驟七、從鈦合金激光彎曲成形實驗中獲得的能量密度、板材寬度、板材厚度、掃 描路徑曲率和彎曲角組合中選取多組數據組合為教師樣本。采用教師樣本對數學模型 式（6)進行訓練，當彎曲角的累計誤差小于2%時，確定模糊規(guī)則的權系數乂、/?(、乂、 /1凡和模糊規(guī)則的權值w1。將確定的模糊規(guī)則權系數和模糊規(guī)則權值代入式（6)，即為 鈦合金激光彎曲成形零件彎曲角的預測模型。
[0036] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明方法首先確定鈦合金激光彎曲成形時的能量密度、 板材寬度、板材厚度和掃描路徑曲率的12個隸屬函數和81條模糊規(guī)則，再建立鈦合金激光 彎曲成形時彎曲角的數學模型；采用鈦合金激光彎曲成形實驗數據，優(yōu)選出模糊規(guī)則權系 數和權值，然后代入鈦合金激光彎曲成形時彎曲角的數學模型，得到鈦合金激光彎曲成形 時彎曲角的預測模型。本發(fā)明預測的TC4合金激光彎曲成形時彎曲角的測試樣本結果與實 驗結果之間的最大誤差小于4%。
[0037] 下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。