Аналіз факторів, що впливають на процес лазерного формоутворення

Кінцева просторова конфігурація виробу, при лазерному формоутворенні, обумовлена величиною, знаком та характером розподілу залишкових деформацій. Такі деформації виникають в результаті локальної зміни об’єму матеріалу.

В матеріалах, в яких не відбуваються структурно-фазові перетворення

Рис.1 Фактори, що впливають на кінцеву конфігурацію виробу при лазерному формоутворенні.

протягом циклу нагрівання-охолодження, наприклад в нержавіючих сталях аустенітного класу, зміна об’єму відбувається під дією тільки термічного впливу. Тобто, з початку, при лазерному опроміненні відбувається збільшення локального об’єму нагрітого металу і наступне його ущільнення, оскільки розігрітий метал стає пластичним і знаходиться в оточенні холодних шарів матеріалу основи. На етапі охолодження відбувається зменшення об’єму ущільненого металу, в наслідок чого в цій зоні утворюються залишкові напруження розтягу. Якщо вони по величині перевищують межу пружності матеріалу, то спостерігається його деформація назустріч лазерному променю.

В матеріалах, де такі перетворення при певних умовах мають місце , наприклад у вуглецевих сталях, зміна об’єму може відбуватися не тільки за рахунок термічного впливу, але ще і в наслідок структурно-фазових, зокрема мартенситних, перетворень. Збільшення об’єму матеріалу опроміненої зони, обумовлене мартенситними перетвореннями, супроводжується формуванням залишкових напружень стиснення. Таким чином, в цих матеріалах напружено-деформований стан опромінених ділянок є результатом двох конкуруючих процесів. Можна передбачити, що вплив на кінцевий напружений стан виробу напружень, обумовлених структурно-фазовими перетвореннями значно менший ніж напружень, обумовлених термічним впливом. Це означає, що наявність структурних залишкових напружень буде викликати тільки зменшення величини деформації, обумовленої термічними напруженнями. Для зміни напрямку деформації, що було б дуже корисним для розширення можливостей керування процесом формоутворення, треба збільшити питому вагу дії залишкових напружень стискання. Така можливість існує, як що застосувати додаткове механічне пластичне деформування матеріалу на етапі охолодження після лазерного нагрівання.

Процеси, що відбуваються в матеріалі, обумовлені величиною температури та швидкістю охолодження в зоні обробки. Фактори, що впливають на величину цих параметрів можна розділити на три групи. Перша група факторів характеризує матеріал, друга - описує характеристики лазерного випромінювання, третя – фактори, які віддзеркалюють умови взаємодії лазерного випромінювання з матеріалом, рис.1.

Встановлення зв’язків між наведеними факторами і параметрами, їх формалізація дозволять керувати процесом лазерного формоутворення складних листових виробів.