您的當前位置: 中國鍛壓網 > 人物訪談 > 正文記者：首先請李緯民老師介紹一下這項技術的基本原理。
李緯民：由于金屬材料熱脹冷縮的固有特性，當其受到不均勻加熱時，材料內部將會產生熱應力，致使構件產生扭曲。當這種加熱的不均勻性增加，使得產生的熱應力超過其屈服極限時，材料便會產生塑性變形。板料的激光彎曲就是這樣一種基于不均勻加熱而產生塑性變形的工藝方法。能量密度很高的激光束照射在待彎曲的板料上并以一定的速度沿一直線軌跡（彎曲線）移動。在此過程中，被照射過的各部位依次經歷加熱和冷卻兩個熱交換過程，并在其內部產生相應的應力和變形。
在加熱過程中，高度聚焦的激光束垂直照射在待彎曲的板料上，使得被照射部位的上表面溫度急速上升(不超過熔點)，而下表面由于沒有直接受到激光的照射，其溫度在這一短暫的過程中沒有明顯變化，從而使被照射部位的上下表面之間形成較大的溫度梯度。根據溫度對金屬熱膨脹量的影響，板材上表面的膨脹量遠遠大于下表面，從而使板料必然朝激光源相反的方向彎曲。由于上表面的溫度很高，故其膨脹量大，而屈服極限低，因而在此溫度應力的作用下，上表面處的材料產生較大的塑性變形，使這個部位的材料產生堆積。下表面的溫度低而屈服極限高，基本不產生或產生很小的塑性變形。這一加熱過程的直接結果是使板料產生與激光源方向相反的彎曲，也稱為反向彎曲。
在冷卻過程中，當激光停止照射以后，上表面被加熱部位處于高溫狀態下的材料所吸收的熱量迅速向其它各個方向傳導，以達到熱平衡狀態。此過程中，上表面附近的溫度很快降低而下表面處的溫度漸漸升高。換言之，上表面附近的材料開始逐漸收縮而下表面處的材料則繼續膨脹。此過程中產生的溫度應力方向正好與加熱過程相反。隨著冷卻過程的延續，加熱過程中產生的反向彎曲逐漸減少。同時由于上表面處的溫度不斷降低，故其屈服應力不斷增加，使加熱過程中上表面附近產生的材料堆積不能全部復原。所以當被加熱部位上下表面的溫度梯度達到零，即塑性變形結束時，上表面變形處的金屬纖維比下表面處短，最終形成了朝向激光源方向的彎曲角。
記者：影響這項技術的因素有哪些？
李緯民：每一個激光加熱、冷卻循環所能獲得的彎曲角大小都與輸入的激光能量、彎曲件的幾何尺寸及材料的性能這三個因素有關。
第一是能量參數的影響。激光彎曲中，其能量參數可用材料吸收的能量密度(單位表面積吸收的能量)以及吸收該能量所用的時間來表示。能量密度又取決于材料對激光的吸收系數、激光輸出功率及相對于彎曲件表面的焦距。
如果輸入的能量密度太大，加熱時間又長，有可能使材料表面溶化，影響質量。反之如果輸入的能量密度小，則在板材的上下表面之間難以形成大的溫度梯度，不易產生塑性變形或者塑性變形很小。實驗證明，在輸入總能量一定的前提下，大能量密度輸入、短時間加熱有利于增加彎曲角。
第二是彎曲件幾何尺寸的影晌。影響激光彎曲角的幾何尺寸因素主要是彎曲件的寬度(沿彎曲線方向上的尺寸)和板材厚度。
板料厚度的影響。在傳統的模具彎曲工藝中，當板材的寬度確定以后，所需要的外加彎矩主要取決于板料的厚度。厚度越大，所需要的外加載荷也就越大，對于激光彎曲來說，在特定的工藝條件下，厚度的影響主要體現在彎曲角度上。厚度越大，所獲得的彎曲角就越小。
板料寬度的影響。板料寬度對彎曲角度的影響亦很大，通常激光束的直徑很小，使得同一時刻被加熱材料的范圍亦很小。上述彎曲工藝中被加熱處產生塑性變形時，其他在寬度方向上還沒有被照射到的材料和已經變形完了的區域，屬于不變形的剛性區，它對正在進變形的材料起了一個剛端作用，阻礙其變形的進行，板料越寬，這種剛端作用也就越明顯。實驗結果初步證明：剛端對加熱過程中反向彎曲的阻礙作用大于冷卻過程中的正向彎曲，所以材料越寬，一個加熱冷卻循環所能獲得的彎曲角也就越大。
第三是材料性能的影響。材料性能對激光彎曲的影響較為復雜，目前尚無法對此進行定量分析，但可從以下兩個角度進行定性研究，即機械性能與熱力學性能。
機械性能指標主要有材料的屈服極限、硬化指數和彈性模量。屈服極限低、彈性模量小、硬化指數小的材料，容易產生大的變形，在同樣的工藝條件下，可獲得大的塑性彎曲角。
影響彎曲角度的熱力學因素主要是熱膨脹系數、比熱及熱傳導系數。如果材料的熱膨脹系數大，雖然在加熱過程中產生的反向彎曲也大，但同時上表面附近材料堆積也就越多，因而冷卻以后所獲得的彎曲角也就越大。材料的比熱、熱傳導系數越大，則在同樣的工藝條件下沿彎曲線上下表面所形成的溫度梯度也就越小，最后產生的彎曲角也就越小。
記者:請問，這項技術的特點及應用前景是什么？
李緯民：彎曲是板料沖壓中最常用的工藝方法之一，而傳統的彎曲工藝又是在外力作用下借助于模具來實現的，在實際生產中，由于模具設計及制造周期長，加工費用高，故僅適用于大批量生產。激光成形技術由于其無需模具，無需外加機械載荷，具有高度柔性化生產的性質，因而彌補了傳統模具彎曲的不足。
由于激光成形無需模具，所以在單件（如汽車、拖拉機及其它各種儀器儀表的樣機制造）、小批量件及超大型件生產中具有獨特的經濟技術優勢。由于該工藝中沒有外載荷的作用，故彎曲件沒有回彈現象(傳統的模具彎曲中回彈現象是不可避免的)，加工精度高，可用于精密儀器制造。由于該工藝的變形是在熱狀態下進行的，因此易于一些硬而脆的難變形材料的彎曲。可用于許多特種金屬的加工中。
記者：非常感謝李緯民老師接受我們的采訪，謝謝您。
李緯民：不客氣。
站內資訊搜索
