Остання редакція: 2019-05-05
Анотація
Дослідження сучасного лазерного формоутворення листових матеріалів, як правило, проводиться експериментальним шляхом. Однак експериментальна робота займає багато часу, коштів і має обмеження для узагальнення результатів. Отже, були зроблені зусилля по розробці аналітичних моделей для подолання експериментальних обмежень. Аналітичні моделі були використані для визначення залежності між кутом вигину і параметрами процесу (тобто, формування механізмів).
В даній роботі для аналітичного розрахунку та розробки на його базі програмного забезпечення було використано механізм температурного градієнта (МТГ). Цей механізм є найбільш широко відомим і пояснює принцип теплової деформації.
Аналітична модель для МТГ, запропонована Воллертсеном, використовує виключно енергетичний підхід. Проте, вигин в результаті енергетичного підходу дав дуже високий кут, який лежить на кілька порядків вище виміряного.Для створення програмного модуля (ПМ) і проведення експерименту необхідно було провести деякі розрахунки – аналіз необхідних параметрів опромінення.
Це висуває певні вимоги щодо даних матеріалу:
- задання граничних умов оброблення;
- розрахунок та отримання результату.
Для розробки ПМ були вибрані матеріали: сталь 65Г, сталь 12Х18Н10Т, і проведено експериментальний аналіз. Для розрахунку оптимальних параметрів використаємо теплову задачу нагрівання твердого тіла. У розрахунках будемо використовувати усереднені по всьому температурному інтервалу значення теплофізичних сталих: питома теплоємність, теплопровідність, температуропровідність, густина речовини.
Розрахуємо необхідний час нагрівання металу у центрі плями до того, як розпочнеться плавлення [2]: t = (lTпл / q0)2(p/(4a)), де l – теплопровідність Tпл – температура плавлення; q0 – густина потужності теплового джерела; а – температуропровідність.
Слід враховувати, що вибраний матеріал не буде нагріватися до температури плавлення, він буде нагрітий до граничного значення, меншого за температуру плавлення, а наведені формули взято для знаходження залежності між потужністю лазерного пучка, радіусом пучка та швидкістю переміщення.
Далі, опираючись на отриманні формули, ми можемо розрахувати і рекомендувати, як оптимальний, один із параметрів устаткування, опираючись на два інші. Наприклад, рекомендувати необхідну швидкість, якщо ми знаємо радіус та потужність лазерного пучка.
Щоб розпочати роботу з програмою і провести розрахунки, нам необхідно перейти за посиланням: http://ihaiduk.github.io/ssmfsmbllh/demo/ (або – за коротким посиланню: http://goo.gl/Tzwpft).
Після вибору матеріалу для розрахунку програма автоматично підставить властивості матеріалу до завчасно підготовлених полів вводу даних.
Результатом роботи створеного нами ПЗ є те, що воно автоматично пропонує варіанти зміни параметрів і демонструє, як від цих параметрів буде залежить зміна кута згинання.
Висновки
1. Розроблене програмне забезпечення дозволить обирати оптимальний режим для формоутворення листових матеріалів лазерним нагріванням із заданою точністю.
2. Використання розробленого програмного забезпечення враховує технічні обмеження обладнання (зокрема, швидкість переміщення, потужність лазерного променя та розмір зони фокусування) та рекомендує поле альтернативних режимів для досягнення бажаного результату.
3. Використання даного програмного забезпечення дозволить розширити можливості та сферу застосування технології лазерного формоутворення.
Ключові слова
Посилання
1. Hyung-Chul JUNG. A Study on Laser Forming Processes with Finite Element Analysis [Text]/ Hyung-Chul JUNG. – New Zealand: University of Canterbury Christchurch, 2006. – 336 р. – Bibliogr.: р. 271–279.
2. Ю. М. Климков. Взаимодействие лазерного излучения с веществом [Текст] : учеб. пособ. / Ю. М. Климков, В. С. Майоров, М. В. Хорошев / Внутривузовское издание. – Москва: МИИГАиК, 2014. – 108 с. – Библиогр.: с. 104–105. – 25 экз. (Продаже не подлежит).