Wspomagana laserowo obróbka trudnoobrabialnych metali
Stopy tytanu i niklu, a także stopy stali nierdzewnej i wysoko wytrzymałe stopy aluminium są coraz powszechniej wykorzystywane do produkcji części, takich jak pierścienie wlotu powietrza, obręcze kół i części układu wydechowego. Materiały te są jednak trudne w obróbce. Jednocześnie twórcy produktów muszą mierzyć się z zadaniem polegającym na ekonomicznym tworzeniu złożonych geometrii z tych materiałów. Zaletą wyoblania metali jest m.in. krótki czas konfiguracji, niskie koszty narzędzi oraz możliwości wykonania kilku etapów obróbki w ramach jednego klamrowania. Celem projektu EASYFORM (Laser-assisted metal spinning for an efficient and flexible processing of nickel- and titanium-alloys), finansowanego ze środków UE, było umożliwienie zastosowania w przemyśle wspomaganego laserowo wyoblania metali do obróbki stopów tytanu i niklu. Miejscowe nagrzewanie przy pomocy laserów pomaga poprawić zdolności formowania materiałów oraz wyeliminować stosowanie czasochłonnej i kosztownej dodatkowej obróbki cieplnej. Przedsiębiorstwa, organizacje badawcze i producenci narzędzi połączyli siły, aby opracować proces formowania i odpowiednią technologię systemową. W ramach projektu EASYFORM stworzono głowicę laserową, którą można zintegrować z konwencjonalnym sprzętem do wyoblania. Opracowano też innowacyjne koncepcje łączenia źródła lasera z wyoblarką metali. Zdefiniowano wszystkie połączenia między wyoblarką, laserem, głowicą laserową i układem metrologicznym. Opracowano również metodologie umożliwiające formowanie wysoko wydajnych części wykonanych ze stopów tytanu i niklu oraz przygotowano niezbędne wytyczne kontroli jakości. Aby zdefiniować wymaganą metodologię obróbki, zespół scharakteryzował mikrostrukturę wybranych materiałów. Uczeni określili krzywe naprężeń zależnych od temperatury oraz odpowiedni zakres temperatur dla stopów niklu i aluminium, stali nierdzewnej oraz wysoko wytrzymałych stopów aluminium. W oparciu o wyniki tej analizy opracowano strategie miejscowego nagrzewania dla każdego z materiałów i określono optymalne parametry procesu. W optymalizacji pomogły prace doświadczalne i symulacje wykonywane metodą elementów skończonych. Technologia wspomaganego laserowo wyoblania, opracowana w projekcie EASYFORM, powinna w sposób istotny przyczynić się do poprawy konkurencyjności europejskich firm działających w sektorze formowania metali. Jej zastosowanie pozwoli przyspieszyć produkcję i obniżyć jej koszty, przy jednoczesnej poprawie jakości produktów.
Słowa kluczowe
Obróbka wspomagana laserowo, tytan, podzespoły silników lotniczych, wyoblanie, stopy niklu
