65. Механізм лазерного формоутворення металевих виробів
Суть лазерного формування полягає у створені в матеріалі, за допомогою локального лазерного впливу, напружень певного знаку та величини, які призводять до формування матеріалу. Матеріал опромінюється лазерним випромінюванням, яке контактуючи з поверхнею зразка призводить до локальної зміни температури. При цьому, в залежності від властивостей матеріалу можуть діяти різні механізми деформування: механізм обумовлений градієнтом температур рис.2, та механізм обумовлений поліморфними перетвореннями (якщо такі відбуваються в матеріалі) рис.3. Суть першого полягає в тому, що матеріал за глибиною нагрівається не рівномірно, і виникає градієнт температур, який призводить до виникнення термічних напружень. Під час нагрівання верхні шари матеріалу розширюються інтенсивніше за нижні і через це затискаються ними.
Рис.2 Механізм деформації обумовлений градієнтом температур
Тому верхні волокна матеріалу, так би мови, випинаються над поверхнею матеріалу. Під час охолодження вся, попередньо нагріта, область матеріалу всідається, а оскільки верхні волокна знаходяться у витісненому об’ємі, то виникає нестача матеріалу, яка компенсується через пластичну деформацію на зустріч лазерному променю, рис.2.
Рис.3 Механізм деформації обумовлений поліморфними перетвореннями
Механізм деформації обумовлений поліморфними перетвореннями, полягає в тому, що під час нагрівання та охолодження в матеріалі відбувається зміна кристалічної решітки та структурно фазового складу. Зокрема у вуглецевих сталях при нагріванні та різкому охолодженні відбувається перехід фериту в аустеніт та його подальшому перетворенні на мартенсит. Це призводить до локальної зміни об’єму, що тягне за собою деформування в напрямку від променя, рис.2.3. При чому, ці два механізми деформування протидіють один одному, як буде показано за допомогою експерименту.
66. Схема лазерного формоутворення металевих виробів(однопроменева, двопроменева, з примусової деформацією)
Можливі різні технологічні схеми формоутворення. Найбільш цікавими серед них є однопроменева [1-4] та двохпроменева [5-6] схеми лазерного деформування. Перша схема реалізується коли лазерний промінь послідовно нагріває локальні поверхневі шари матеріалу виробу, розташовані вздовж певної траєкторії їх відносного руху, рис.4а. При двохпроменевій схемі лазерному нагріванню піддаються одночасно локальні поверхневі шари протилежних сторін металевого листа, розташованих вздовж однієї і тієї ж траєкторії, рис.4б. Нагрівання здійснюється лазерним випромінюванням від
Рис.4 Схема однопроменевого (а) та двопроменевого (б) способів лазерного формоутворення.
двох джерел. При цьому зона нагрівання нижньої поверхні листа зміщена відносно аналогічної зони на протилежній стороні як вздовж траєкторії руху, так і в напрямку йому перпендикулярному, на певні відстані. Ці відстані визначаються розташуванням максимуму напруг, які виникають на нижній стороні листа при його деформації, обумовленою лазерним нагріванням протилежної сторони.
Остання схема, завдяки надання певним ділянкам матеріалу нижньої сторони листа пластичних властивостей, дозволяє значно зменшити їх опір деформації і таким чином проводити формоутворення виробів із листів значно більшої товщини або виготовлених із матеріалів схильних до крихкого руйнування.