Kształtowanie elementów cienkościennych z zastosowaniem strefowego podgrzewania laserowego

• Autorzy: Gądek T. , Nowacki Ł.

Warianty tytułu

EN

Shaping thin-walled elements using zone laser heating

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Dotychczasowy sposób wytwarzania wyrobów w postaci dyfuzorów o zmiennym przekroju polega na tłoczeniu na prasie dwóch odpowiednio ukształtowanych wytłoczek, a następnie ich spawaniu. W efekcie powstaje detal łączony w dwóch miejscach. W projekcie podjęto próbę opracowania innej technologii kształtowania dyfuzorów, która pozwoli na wyeliminowanie przynajmniej jednego ze spawów łączącego dwa oddzielne elementy dyfuzora. W artykule przedstawiono wyniki badań gięcia rurek na zimno wraz z podgrzewaniem laserem diodowym o mocy 3,6 kW oraz o promieniu lasera 8x30 mm. Badania te stanowiły wytyczne do zaprojektowania i wy-konania stanowiska badawczego składającego się z manipulatora oraz urządzenia sterującego ruchem obrotowym głowicy lasera. Stanowisko zaprojektowano w taki sposób, aby głowica lasera mogła obracać się względem osi kształtowanego detalu. Takie rozwiązanie umożliwia podgrzewanie kształtowanego wyrobu nie tylko punktowo, ale również na jego obwodzie. Pozwoli ono na uzyskanie równomiernego rozkładu temperatury w miejscu gięcia kształtowanego elementu, co bezpośrednio wpływa na zwiększenie jego plastyczności. Na nowo powstałym stanowisku przeprowadzono próby gięcia na gorąco zarówno profili stożkowych, jak i rurek. Kształtowane elementy w postaci rur wypełniano piaskiem kwarcowym, natomiast w przypadku profili jako wypełnienie zastosowano specjalnie skonstruowany trzpień wielosegmentowy. Wyniki z przeprowadzonych prób technologicznych zamieszczono w drugiej części artykułu. W dalszej części prac przewiduje się kontynuację badań gięcia z podgrzewaniem laserowym strefy kształtowanej zarówno wyrobów okrągłych (rura), jak i o zmiennym przekroju (dyfuzor).

EN

The current method of manufacturing products in the form of diffusers with variable cross-section is based on press forming two drawpieces of appropriate shape and then welding them. In effect, a detail joined in two places is created. This project undertakes to develop alternate diffuser shaping technology, which will make it possible to eliminate at least one of the welds joining two separate diffuser elements. This article presents the results of cold bending tests of tubes with heating via 3.6 kW diode laser, emitting an 8x30 mm laser beam. These tests laid the groundwork for guidelines for designing and building a testing station consisting of a manipulator and device controlling the rotation of the laser head. The station was designed so that the laser head can rotate relative to the axis of the shaped detail. Such a solution does not only allow for point heating of the shaped product, but also for heating over its circumference. This makes it possible to achieve uniform temperature distribution at the bending point of the shaped element, which directly increases its plasticity. Hot bending tests of both conical profiles and tubes were performed at the newly created station. Shaped elements, in the form of tubes, were filled with quartz sand, and in the case of profiles, a specially designed multi-segment mandrel was applied as the filling. The results of performed technological trials are given in the second part of the article. In further work, it is planned to continue bending tests with laser heating of the shaped zone, for both round products (tube) and products with variable cross-section (diffuser).

Słowa kluczowe

PL

gięcie; podgrzewanie laserowe; rura; profil cienkościenny; kształtowanie laserowe

EN

bending; laser heating; tube; thin-walled profiles; laser forming

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 28, nr 3
• Strony: 171--182
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys. tab.

Twórcy

autor

Gądek T.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Nowacki Ł.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Stachowicz F., T. Trzepieciński, T. Pieja. 2010. „Warm forming of stainless steel sheet”. Archives of Civil and Mechanical Engineering 10: 85–94.
• [2] Iguchi T., T. Ujiro. 2010. „Effect of imposing tem-perature gradient in stretch forming process for ferritic stainless steel sheets”. W Proceedings of 10th international conference on numerical methods in industrial forming processes, Pohang, 13-17.07.2010, 1193-1200. Melville: American Institute of Physics.
• [3] Pieja T. 2009. „Kształtowanie na półgorąco wytłoczek ze stali odpornej na korozję”. Praca doktorska, Rzeszów: Politechnika Rzeszowska.
• [4] Marciniak Z. 1987. „Non-uniformity of strains in shearing within the warm-forming temperature range”. International Journal of Mechanical Sciences 29: 721–731.
• [5] Frechard S., A. Redjaimia, E. Lach, A. Lichtenberger. 2006. „Mechanical behaviour of nitrogen-alloyed austenitic stainless steel hardened by warm rolling”. Materials Science Engineering, A415: 219- 224.
• [6] Safari M., M. Farzin. 2014. „A study on laser bending of tailor machined blanks with various irradiating schemes”. Journal of Materials Processing Techno-logy 214: 112–122.
• [7] Safdar S., L. Li, M.A. Sheikh, Z. Liu. 2007. „Finite element simulation of laser tube ben-ding: Effect of scanning schemes on bending angle, distortions and stress distribution”. Optics & Laser Technology 39: 1101–1110.
• [8] Guan Y., H. Zhang, L. Jie, S. Shen. 2012. „Laser micro-bending process based on the characteristic of the laser polarization”. Journal of Materials Processing Technology 212: 662–671.
• [9] Wang X.Y., J. Wang, W.J. Xu, D.M. Guo. 2014. „Scanning path planning for laser bending of straight tube into curve tube”. Optics & Laser Technology 56: 43–51.
• [10] Mucha Z., J. Widłaszewski. 2015. „Laserowe formowanie powłok o zadanym kształcie powierzchni rozwijalnej”. Mechanik 2: 85–90.
• [11] Gądek T., Ł. Nowacki. 2017. „Prototyp urządzenia do kształtowania profili cienkościennych z podgrzewaniem laserowym”. Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie 5 (116): 18–23.
• [12] http://www.stalenierdzewne.pl/porady eksperta/obrobka-stali-nierdzewnej-na-goraco. Data dostępu: 06.2017.
• [13] http://www.investa.pl/oferta/stal_nierdzewna_poradnik_odpornosc_na_temperatury.html. Data dostępu: 06.2017.