Streszczenie: W ostatnich latach badane są procesy kształtowania plastycznego z wykorzystaniem
lokalnego nagrzewania laserowego. Nagrzewanie ma na celu umożliwienie lub ułatwienie
obróbki plastycznej materiałów, które wykazują niekorzystne właściwości, jak:
kruchość, silne efekty umocnienia czy powrotnego odkształcenia sprężystego. Zaprezentowane
badania dotyczą hybrydowego termo-mechanicznego kształtowania plastycznego
elementów cienkościennych z użyciem lokalnego nagrzewania materiału
wiązką laserową. Docelowo prace są nakierowane na formowanie elementów ze stopów
wykorzystywanych w przemyśle lotniczym takich, jak nadstopy niklu Inconel 625,
Inconel 718, a także wysokostopowe stale martenzytyczne AISI 410 i AISI 325. Wstępne
badania przeprowadzono z użyciem stali nierdzewnej X5CrNi18-10. Prace eksperymentalne
i symulacje numeryczne objęły zachowanie się płaskowników o grubości
1 mm, poddanych działaniu obciążenia mechanicznego w układzie wysięgnikowym
i nagrzewanych wiązką lasera CO2, przemieszczaną od swobodnego końca próbki do
miejsca jej zamocowania. Doświadczalnie wykazano możliwość stosunkowo łatwego
uzyskiwania dużych deformacji giętnych dzięki zastosowaniu nagrzewania laserowego.
Zweryfikowane eksperymentalnie symulacje numeryczne, które wykonano metodą
elementów skończonych, ujawniły intensywne płynięcie plastyczne warstwy ogrzewanej
wiązką laserową. Towarzyszyło temu przemieszczanie się osi obojętnej przekroju.
W kolejnym etapie badane było gięcie rur cienkościennych na specjalnie skonstruowanym
stanowisku. Umożliwia ono kontrolowane wprowadzanie obciążenia mechanicznego,
ogrzewanie materiału ruchomą wiązką laserową i wymuszanie zadanej deformacji
zgodnie ze schematem kinematycznym urządzenia.
Abstract: Forming processes assisted by localised laser heating are studied in recent years. Heating
is used to make it possible or facilitate forming of materials, which exhibit such adverse
properties as: brittleness, effects of high work-hardening or a high elastic springback.
The hereby presented investigations concern the hybrid thermo-mechanical forming
of thin-walled parts using local heating of the material by the laser beam. The
research is aimed at forming of parts from materials used in the aviation industry, such
as the nickel-base super-alloys Inconel 625, Inconel 718, and also martensitic superalloys
AISI 410 and AISI 325. Preliminary investigations are conducted using X5CrNil8-10
(1.4301) stainless steel. Experimental study and numerical simulations cover the behaviour
of thin beams 1 mm thick, subjected to mechanical load in the cantilever arrangement
and heated by the CO2 laser beam moving from the free end of the sample towards its
fixture. The possibility of obtaining large bending deformations relatively easily due to
the application of laser beam is demonstrated experimentally. Experimentally verified
finite element numerical simulations show the intense plastic flow of the material layer heated
by the laser beam. It is accompanied by a shift of the cross-section neutral axis of the
beam. Bending of thin-walled tubes in a specially designed device is studied in the next
step. It allows introducing mechanical loading in a controlled manner, heating the material
by a moving laser beam and forcing the required deformation according to the kinematic
scheme of the device.
YADDA/CEON