Koncepcja i badania eksperymentalne kształtowania elementów cienkościennych przy pomocy hybrydowej metody laserowo-mechanicznej

• Autorzy: Kurp P.

Warianty tytułu

EN

Concept and experimental tests of forming thin-walled elements using a hybrid, laser-mechanical method

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W niniejszym artykule autor przedstawia założenia oraz wstępne wyniki badań doświadczalnych procesu kształtowania elementów cienkościennych przy pomocy hybrydowej metody laserowo-mechanicznej. W prezentowanej metodzie została użyta nieruchoma wiązka laserowa o przekroju prostokątnym. Autor prezentuje m.in.: główną ideę metody hybrydowej, jedną z wybranych do realizacji koncepcji, projekt stanowiska oraz wykonane stanowisko do gięcia cienkościennych rur i dyfuzorów stożkowych stosowanych w budowie silników lotniczych. Docelowym materiałem badań są żarowytrzymałe nadstopy niklu Inconel 618 i Inconel 625 oraz żaroodporne stale martenzytyczne AISI 410 i AISI 325. Materiały te, ze względu na ich wysokie właściwości mechaniczne przy pracy w podwyższonej temperaturze, używane są do budowy podzespołów silników turbośmigłowych. Ze względów ekonomicznych próby zostały wykonywane na austenitycznej stali kwasoodpornej X5CrNi18-10. Prezentowana w artykule metoda hybrydowa (założenia, koncepcja, projekt) została poddana walidacji w warunkach laboratoryjnych. Zmierzono siły potrzebne do uzyskania odkształceń plastycznych w elemencie, kąt gięcia oraz ustalono temperaturę procesu. Ważną innowacją procesu jest kontrolowanie temperatury w jego trakcie. Pozwala to na zachowanie struktury wyjściowej stali, a tym samym na utrzymanie właściwości wytrzymałościowych produktu. Na podstawie przeprowadzonych badań planuje się wykonać symulacje numeryczne procesu oraz wykonać badania metalograficzne gotowych komponentów. Ponadto prowadzone badania wskazują kierunek dalszych działań. Przejawia się to m.in. w ciągłym modyfikowaniu konstrukcji oraz samego procesu. Przedstawione wyniki testów zostały poddane dyskusji. Na podstawie uzyskanych efektów zostaną zaplanowane dalsze prace nad hybrydową metodą laserowo-mechaniczną formowania elementów cienkościennych.

EN

In this paper, author presents the assumptions and preliminary results of experimental tests of the process of forming thin-walled elements using a hybrid, laser-mechanical technique. An immobile laser beam with a rectangular cross-section was used in the presented method. Author presents, among other things: the main idea of the hybrid method, one of the concepts selected for realization, design of the test stand and the station that was built for bending of thin-walled pipes and conical diffusers used in the design of aircraft engines. Inconel 618 and Inconel 625 high-temperature creep-resistant nickel superalloys and AISI 410 and AISI 325 heat-resistant martensitic steels are the target materials for testing. Due to their high mechanical properties during work at elevated temperatures, these materials are used in the construction of turboprop engine subassemblies. For economic reasons, tests were performed on X5CrNi18-10 acid-resistant austenitic steel. The hybrid method presented in the paper (assumptions, concept, design) was validated under laboratory conditions. The forces required to obtain plastic strains in the element and bending angle were measured, and the temperature of the process was determined. Temperature control throughout the process is an important innovation. It makes it possible to preserve the steel’s initial structure and thus maintain the product’s strength properties. Based on the tests performed, it is planned to conduct numerical simulations of the process and perform metallographic examinations of ready components. Moreover, the research conducted indicates the direction of further action. This is shown by, among other things, continuous modification of the design and the process itself. The presented test results are discussed. Based on obtained effects, further work on the hybrid laser-mechanical method of forming thin-walled elements will be planned.

Słowa kluczowe

PL

kształtowanie laserowe; obróbka laserowa; dyfuzor; silnik turbośmigłowy

EN

laser forming; laser treatment; diffusers; turboprop engines

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 29, nr 4
• Strony: 357--368
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Kurp P.

• Politechnika Świętokrzyska, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, Centrum Laserowych Technologii Metali, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, Poland

Bibliografia

• [1] Deacon D.L. 1984. Material Degradation in Heavy Steel Plates Caused by Bending with a Laser. Praca magisterska. Cambridge, USA: Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Ocean Engineering.
• [2] Scully K. 1987. „Laser line heating”. Journal of Ship Production 3 (4): 237–246.
• [3] Namba Y. 1986. „Laser Forming in Space”. W Proceedings of the International Conference on Lasers’85, Las Vegas, Nevada, 403–407.
• [4] Namba Y. 1987. „Laser Forming of Metals and Alloys”. W Proceedings of Laser Advanced Materials Processing, Anaheim, CA, 601–606.
• [5] Frąckiewicz H., Z. Mucha, W. Trąmpczyński, A. Baranowski, A. Cybulski. 1987. Sposób gięcia przedmiotów metalowych. Patent PL155358. Data zgłoszenia 26.11.1987.
• [6] Mucha Z., J. Widłaszewski, P. Kurp, K. Mulczyk. 2016. „Mechanically assisted laser forming of thin beams”. W Proceedings of SPIE, Laser Technology 2016: Progress and Applications of Lasers, Szczecin–Świnoujście, Poland, 25–29 September, 2016, 1–10.
• [7] Widłaszewski J., M. Nowak, Z. Nowak, P. Kurp. 2017. „Kształtowanie profili cienkościennych wspomagane laserowo”. Obróbka Plastyczna Metali 28 (3): 183–198.
• [8] Gądek T., Ł. Nowacki. 2017. „Kształtowanie elementów cienkościennych z zastosowaniem strefowego podgrzewania laserowego”. Obróbka Plastyczna Metali 28 (3): 171–182.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).