Laserowe formowanie powłok o zadanym kształcie powierzchni rozwijalnej*

STRESZCZENIE: Przedstawiono metodę laserowego kształtowania powłok o powierzchniach rozwijalnych. Materiałem wyjściowym była blacha lub płyta bez naprężeń własnych. W pracy omówiono wyznaczanie rozkładu ścieżek laserowych na powierzchni materiału w ten sposób, aby po jednej sekwencji skanowania płyta przyjęła pożądany kształt. Opisano przykłady planowania dla powłok o powierzchniach rozwijalnych z kierownicami: paraboliczną, eliptyczną, kołową i wielomianową. Dobór parametrów laserowej obróbki zapewnia spełnienie warunku nieprzekraczania zadanej temperatury materiału, np. unikanie nadtapiania powierzchni.

SŁOWA KLUCZOWE: kształtowanie laserowe, gięcie laserowe, gięcie termiczne, powierzchnia rozwijalna, kształtowanie powłok.

ABSTRACT: A method of forming of shells with developable surface using laser beam is presented in the paper. It is assumed that initially the sheet metal or plate is flat and free from residual stresses. The method enables design of forming strategy and processing parameters to produce developable shells in a sequence of laser scanning. Examples of the process planning for shells with developable surfaces having parabolic, elliptic, circular and polynomial directrices are described. Processing parameters are calculated so as to not exceed any undesirable material temperature level, e.g. the melting temperature.

KEYWORDS: laser forming, laser bending, thermal bending, developable surface, forming of shells.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

• Myśliwiec M. „Cieplno-mechaniczne podstawy spawalnictwa”. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1972.
• Anderson R.J. “Experiments and simulation of line heating of plates”. Master’s Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1999.
• Frąckiewicz H., Mucha Z., Trąmpczyński W., Baranowski A., Cybulski A. Sposób gięcia przedmiotów metalowych. Patent UP PRL nr 155 358, 1992.
• Frąckiewicz H., Mucha Z., Gradoń R., Kalita W. Method of Bending Metal Objects with an Energy Beam. Patent US 5 719 374, 1998.
• Vollertsen F. “Laserstrahlumformen. Lasergestützte Formgebung: Verfahren, Mechanismen, Modellierung”. Bamberg: Meisenbach Verlag, 1996.
• Tango Y., Ishiyama M., Suzuki H., “»IHIMU-α«. A Fully Automated Steel Plate Bending System for Shipbuilding”. IHI Engineering Review. Vol. 44, No. 1 (2011).
• Hashimoto T. “Line heating method – a new technique taking the place of smith work”. 60th Anniversary Series of the Society of Naval Architects of Japan. Vol. 5 (1961): pp. 53÷71.
• “The National Shipbuilding Research Program Line Heating”. U.S. Department of Transportation, Maritime Administration, in cooperation with Todd Pacific Shipyards Corporation, USA, November 1982.
• Yu G., Anderson R.J., Maekawa T., Patrikalakis N.M. “Efficient Simulation of Shell Forming by Line Heating”. International Journal of Mechanical Sciences. Vol. 43, No. 10 (October 2001): pp. 2349÷2370.
• Lopez D., Dubslaff J., Hofling R., Aswendt P. “Application of a highpower diode laser for laser bending”. Proc. SPIE. Vol. 3097 (1997): pp. 692÷697.
• Kim J., Na S.J. “Development of irradiation strategies for free curve laser forming”. Optics and Laser Technology. 35 (2003): pp. 605÷611.
• Seong W.J., Ahn J.S., Na S.J. “A study on geometrical approach for solving inverse problem of 2D flame forming of ship hull plates”. Proc. of IWOTE’08, BIAS-Verlag, 2008: pp. 253÷264.
• Liu C., Yao Y.L. “Optimal and robust design of the laser forming process”. Journal of Manufacturing Processes. Vol. 4, No. 1 (2002): pp. 52÷66.
• Shi Y.J., Chen J., Qi Y.G., Yao Z.Q. “Processing strategy for laser forming of complicated singly curved shapes”. Materials Science and Technology. Vol. 25, No. 7 (2009): pp. 925÷930.
• Cheng J., Yao Y.L. “Process Synthesis of Laser Forming by Genetic Algorithms”. Int. J. of Machine Tools and Manufacture. Vol. 44, No.15 (2004): pp. 1619÷1628.
• Callebaut B., Duflou Joost R., Kruth J.P. “Laser Forming Oriented CAD/CAM for Developable Surfaces”. Key Engineering Materials. Vol. 344 (2007): pp. 905÷912.
• Mucha Z., Widłaszewski J., Cabaj M., Gradoń R. “Surface temperature control in laser forming”. Archives of Thermodynamics. Vol. 24 (2003), No. 2: pp. 89÷105.
• Mucha Z. „Deformacje i naprężenia indukowane w materiałach pod działaniem poruszającej się wiązki lasera CO₂”. Mechanik. Nr 12 (2008): s. 1018÷1021.

DOI: http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.2.21