Similarity numbers in laser thermal forming.

• Autorzy: Mucha, Z.

Warianty tytułu

PL

Liczby podobieństwa w kształtowaniu laserowym.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Studies of touchless bending of metal plates by use of circular laser beam are presented. Laser beam is modelled as a heat source of finite dimensions moving over the plate surface. The analytical approximation of Ashby and Easterling of the temperature field for the case of fast moving heat source is adopted. Continuous temperature distribution in the material yield zone is considered. A restraint rigidity coefficient is introduced into the analysis of thermal bending as a characteristic of the heated zone constraint degree in the material. Threshold beam power is determined analytically above which permanent deformation occurs. The bend angle solution is a function of processing and material parameters expressed by four dimesionless parameters, which can be treated as similarity numbers. Developed model allows finding out the optimal Fourier number for the process with respect to the maximum value of the bend angle. Experimental investigations carried out on a 6 kW CO2 laser confirm theoretical results.

PL

W pracy przedstawiono bezdotykowe gięcie metalowych płyt wiązką laserową o przekroju kołowym. Wiązka jest modelowana jako źródło ciepła o skończonych rozmiarach, poruszające się po powierzchni płyty. Do wyznaczania pola temperatury w materiale stosowano aproksymacje Ashby'ego i Easterlinga. Uwzględniono ciągły rozkład temperatury w strefie ograniczonej izotermą krytyczną. Do analizy procesu gięcia wprowadzono współczynnik sztywności utwierdzenia, wyrażający stopień zamocowania podgrzewanej strefy. Określono warunek na wartość progową mocy lasera, powyżej której występuje efekt gięcia. Otrzymane rozwiązanie na kąt gięcia jest funkcją czterech parametrów bezwymiarowych, które można przyjąć za liczby podobieństwa procesu gięcia laserowego. Model ten pozwala na wyznaczenie optymalnej liczny Fouriera, ze względu na maksimum kąta gięcia. Przeprowadzone badania eksperymentalne z użyciem lasera CO2 potwierdziły wyniki teoretyczne..

Słowa kluczowe

PL

gięcie laserowe; kształtowanie laserowe; odkształcenie cieplne; liczba podobieństwa

EN

laser bending; laser forming; thermal deformation; similarity number

• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 28, nr 3
• Strony: 73-83
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Mucha, Z.

• Kielce University of Technology, Center for Laser Technology and Metals, 25-314 Kielce, Al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, phone [phone],

Bibliografia

• [1] F. VOLLERTSEN: Mechanisms and models for laser forming. Proc. 26th International CIRP Seminar on Manufacturing Systems - LANE '94 (Laser Assisted Net Shape Engineering). Eds.: M. Geiger, F. Vollertsen. Meisenbach-Verlag, Bamberg 1994, 345-360.
• [2] J. MAGEE, K.G. WATKINS, W.M. STEEN, N. CALDER, J. SIDHU, J. KIRBY: Laser forming of aerospace alloys. Proc. 16th International Congress of Lasers and Electro Optics (ICALEO'97), Section E, 1997, 156-165.
• [3] G. CASALINO, A.D. LUDOVICO, A. ANCONA, P.M. LUGARÀ: Stainless steel 3D laser forming for Rapid Prototyping, Prod. International Congress on Applications of Lasers and Electro Optics (ICALEO 2001), Section D - Surface Modification, Rapid Prototyping and Laser Forming. Laser Institute of America, 2001.
• [4] W. LI, Y.L. YAO: Laser forming with constant line energy. Int. J. Advanced Manufacturing Technology, 17(2001), 196-203.
• [5] Z. MUCHA: Modelowanie i eksperymentalne badania kształtowania laserowego materiałów konstrukcyjnych. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2004.
• [6] S. TAIRA, R. OHTANI: High temperature strength of materials. Metallurgy Publishers, Moscow 1986.
• [7] J.F. MĄCZYŃSKI: Parameters in laser beam bending of metal sheet (similarity theory). Advances in Manufacturing Science and Technology, 25(2001)3, 61-70.
• [8] M. WATANABE, K. SATOH: Effect of welding conditions on the shrinkage distortion in welded structures. The Welding Journal, Welding Research Supplement 40(1961)8, 377-384.
• [9] N. RYKALIN, A. UGLOV, A. KOKORA: Laser Machining and Welding. Pergamon Press, Oxford 1978.
• [10] M.F. ASHBY, K.E. EASTERLING: The transformation hardening of steel surfaces by laser beams - I. Hypo-eutectoid steels. Acta Metall, 32(1984)11, 1935-1948.
• [11] Z. MUCHA, J. WIDŁASZEWSKI, M. CABAJ, R. GRADOŃ: Surface temperature in laser forming. Archives of Thermodynamics, 24(2003)2, 89-105.
• [12] Z. MUCHA, J. WIDŁASZEWSKI: Physical foundations of laser thermal forming. Proc. 1st International Conference on New Forming Technology, Harbin (China) 2004, 235-240.