Лазерне формоутворення нержавіючих сталей аустенітного класу та марганцевистих вуглецевих сталей

Abstract

Актуальність дослідження лазерного формоутворення полягає в тому, що цей спосіб формоутворення має ряд переваг порівняно зі способами обробки тиском. Зокрема, відсутні зворотний пружний ефект, стоншення матеріалу в зоні обробки, дозволяє формувати крихкі, жорсткі, пружні матеріали, листи значної товщини, не потребує додаткового спеціального обладнання. Встановлено, що основними параметрами процесу лазерного формоутворення виробів із металевих листів, які визначають продуктивність, якість та вартість обробки, є: потужність лазерного випромінювання, розподіл енергії в перерізі променя, розмір зони фокусування та швидкість її переміщення, кількість теплових джерел і характер їх взаємного розміщення кількість циклів нагрівання. Визначені області робочих режимів формоутворення листових матеріалів із нержавіючої сталі аустенітного класу 12Х18Н10Т, марганцевистої сталі 65Г. Експериментально встановлено, що силова стійкість лазерносформованих конструкцій як із нержавіючих, так і з вуглецевих сталей вища за стійкість конструкцій, сформованих обробкою тиском; теплова стійкість зразків, сформованих обома способами, – співмірна.

Лазерное формообразование по сравнению с обработкой давлением имеет следующие преимущества: отсутствует обратный пружинящий эффект, утонение материала в зоне обработки, позволяет формировать упругие, хрупкие материалы, а также не требует дополнительного специального оборудования. Поэтому изучение процесса лазерного формообразования является актуальной задачей. Установлено, что основными параметрами процесса лазерного формообразования изделий из металлических листов, определяющими производительность, качество, а также стоимость обработки, являются: мощность лазерного излучения, распределение энергии по сечению луча, размеры зоны фокусирования и скорость ее перемещения, количество тепловых источников, а также характер их взаимного размещения, количество циклов нагрева. Доказано, что для повышения производительности и качества формообразования дисковых изделий целесообразно применять равномерное распределение теплового потока, которое обеспечивается за счет повышения скорости перемещения изделия до уровня значительного превышения скорости теплоотвода. Это позволяет достигать равномерного распределения деформации и стабилизировать процесс формирования, а также увеличить производительность. Показано, что конструкции, сформированные при помощи лазера, имеют стойкость к рабочим силовым и тепловым нагрузкам выше, чем конструкции, сформированные обработкой давлением. Это объясняется тем, что при обработке давлением в зоне обработки происходит утонение стенок изделия, в свою очередь, при лазерном формировании, происходит обратный процесс – утолщение. Установлены основные закономерности процесса.

Laser forming has several advantages compared to the machining methods of workpieces. This method avoids sringback effect, thinning of the material in the processing zone. It can form brittle, tough, elastic material, sheets of considerable low thickness using no specialized equipment. The lack of knowledge in this field constraints the application of the method and guaranty of actuality of the research in this field. It was established that the power of laser radiation, energy distribution in the beam cross-section, the size of focus area and the speed of its movement, the number of heat sources and nature of their relative position, the number of cycles of heating are laser forming parameters that determine productivity, quality and cost of sheet processing. The article identifies working conditions of laser forming of austenitic stainless and manganese carbon steels. The experiment shows that strength of laser formed structures, made from both stainless and carbon steels are higher than one of plastically deformed structures. Meanwhile their thermal strength of the structures commensurate.