ФОРМОУТВОРЕННЯ ПРОСТОРОВИХ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ ЛОКАЛЬНИМ ЛАЗЕРНИМ НАГРІВАННЯМ :

Краткое содержание

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано її мету та завдання, представлено нові наукові результати, наведено їх практичну значимість, подано результати апробації роботи.

У першому розділі проведено аналіз листових матеріалів, способів та особливостей формоутворення з них різноманітних виробів, в тому числі із важкодеформівних металів і сплавів. Показано, що відомі способи формоутворення листових матеріалів за допомогою обробки тиском (згинання, витяжка) мають ряд суттєвих недоліків, зокрема: складність або неможливість формування крихких та пружних матеріалів, листів значної товщини, крупно-габаритних виробів або ж формування на мікрорівні. Окрім того, формування цими способами часто потребує високовартісного спеціального інструменту, використання якого не доцільне в умовах дрібносерійного та штучного виробництва. Деякі відомі теплові способи формування, також мають певні недоліки, основними з яких є нестабільність теплового джерела, складність його позиціонування та контролю. Натомість, лазерний промінь, як теплове джерело, легко контролюється, чітко позиціонується та дозується. Тим більше використання його для формування листових матеріалів дозволяє вирішувати задачі не доступні для методів обробки тиском. Основою цих технологій є теплові процеси, які протікають в матеріалах при дії лазерного випромінювання, вивченню яких присвячені фундаментальні роботи  Н.Н.Рикаліна, А.А. Углова, У. Дьюлі, Н.М. Фіалко. Ґрунтовні роботи в цьому напрямку виконали іноземні науковці Hyung-Chul Jung, S.Safdar, L. Li, Kumar Chandan. В них проведені важливі теоретичні дослідження процесу деформування металевих пластин та дисків під дією лазерного нагрівання, що дає підставу їх продовження і розширення в цьому напрямку. Тим більше, що класичні  методи обробки листових металів тиском не задовольняють всіх потреб промисловості, особливо з точки зору формування в умовах сучасного переважно дрібносерійного виробництва, формування листових виробів великої довжини і підвищеної товщини, виробів з крихких та важкодеформівних матеріалів. Серед теплових способів формоутворення, найбільш гнучким, локальним та визначеним за тепловим вкладом є лазерне формоутворення. Відомо, що на процеси формоутворення впливають залишкові макронапруження, що утворюються в  матеріалах при лазерному опроміненні, величина, знак  і характер розподілу яких залежать від їх хімічного складу і структурно-фазового  стану, технологічних параметрів лазерної обробки, геометричних розмірів і характеру розташування  ЗЛН. Маловивченим є вплив лазерного опромінення на величину і знак залишкових напружень і практично відсутні дані, що стосуються дослідження умов виникнення залишкових деформацій, тим більше керування ними. Процес лазерного формоутворення є багатопараметричним і багатофакторним, що потребує системного його вивчення. Недостатньо вивченими є структурно-фазові перетворення, що відбуваються в матеріалах при лазерному опроміненні, коли розміри ЗЛН співрозмірні або менші за товщину листа. Залишаються не з’ясованими  умови виникнення, дії та взаємодії механізмів лазерного формоутворення. За межами уваги дослідників залишились питання експлуатаційних характеристик виробів, виготовлених за допомогою лазерного формоутворення. В зв’язку зі стрімким розвитком лазерної техніки конче необхідні, відсутні зараз, дані стосовно вибору найбільш ефективного лазерного обладнання, довжини хвилі і інших параметрів лазерного випромінювання. Дослідниками зовсім не надано уваги питанням інтенсифікації та покращенню керування процесом лазерного деформування. Відсутність згаданих вище даних визначило мету і завдання дисертаційної роботи.

Другий розділ присвячено теоретико-аналітичному дослідженню процесу лазерного формоутворення виробів із листових матеріалів, аналізу всіх його факторів і  параметрів, моделювання та встановлення основних закономірностей теплових процесів при лазерному їх нагріванні. Запропоновано на рівні винаходів новий спосіб двопроменевого лазерного формоутворення та спосіб додаткового керування процесом ЛФ шляхом зміни розподілу інтенсивності в перерізі променю. Всі факторита параметри процесу ЛФ доцільно розділити на три групи (рис.1). Першу групу факторів утворюють властивості матеріалу, другу – параметри лазерного випромінювання, третю – фактори, що визначають умови опромінення.

Сукупність та взаємодія зазначених факторів визначає термо-деформаційні процеси в зоні обробки. Під час лазерного формування відбувається локальна зміна об’єму матеріалу в зоні обробки. Ця зміна, в залежності від параметрів та умов обробки, може відбуватися під дією різних комбінацій  термічного впливу, структурно-фазових перетворень та примусового деформування. Локальна зміна об’єму викликає появу внутрішніх напружень, які визначаються величиною, знаком та характером розподілу. Утворені напруження релаксують за рахунок залишкової пластичної деформації,  яка має певну величину, знак та характер розподілу і визначає кінцеву конфігурацію виробу.

Отже, для поточного керуванням процесом лазерного формування просторових об’єктів з листового матеріалу доцільно використовувати  діаметр лазерного променя, розподіл інтенсивності по його поперечному перерізу, швидкість та траєкторію відносного руху, кількість циклів нагрівання. В якості додаткового параметра можна використовувати зовнішнє примусове деформування.