Урок 4.10ДеформироватьГлава 4 · Формовка листа и труб

Лазерное ударное формообразование

Лазерные импульсы растягивают одну сторону, и плита изгибается

Лазерное ударное формообразование гнёт металлические плиты без штампа с помощью тысяч крошечных ударных волн, вызываемых лазером. Каждый импульс сжимает небольшой участок одной поверхности; вместе они растягивают эту сторону, и плита постепенно изгибается, как страница, которая коробится, когда одна её сторона намокает. Так формуют толстые панели крыла самолёта и с большой точностью выправляют деформированные детали.

лазерное ударное формообразование · один импульс крупным планом и плита после множества импульсовНомера в кружках соответствуют шагам ниже. Левый вид — крупный план одного импульса; правый показывает всю плиту.

Как это работает

Покройте поверхность водой. Плиту закрепляют под лазером, и тонкий слой воды течёт по обрабатываемому участку.
Выпустите лазерный импульс. Мощный импульсный лазер выпускает очень короткий импульс длительностью около 20 наносекунд сквозь воду на пятно шириной в несколько миллиметров.
Создайте вспышку плазмы. Импульс превращает тонкую плёнку поверхности в плазму (светящийся электрически заряженный газ). Вода удерживает её, давление резко растёт и посылает ударную волну в металл.
Оставьте сжатый слой. Ударная волна сжимает металл под пятном, оставляя слой, часто глубиной 1–2 мм, с остаточными напряжениями сжатия (напряжениями, запертыми внутри металла, которые давят наружу на соседние области).
Повторите по схеме. Робот перемещает лазерное пятно от точки к точке по рассчитанной схеме. Запертые напряжения складываются, и плита изгибается; её измеряют и корректируют новыми импульсами.

Ключевые факты

Материалы: Алюминиевые сплавы (в том числе алюминий-литиевые), титан, стали, никелевые сплавы
Типичные детали: Панели крыла и фюзеляжа с пологой или двойной кривизной, панели жёсткости, деформированные детали, которые нужно выправить
Размер детали: От небольших деталей до панелей длиной несколько метров, ограниченных вылетом робота
Точность: Кривизна нарастает небольшими контролируемыми шагами; итоговую форму измеряют и корректируют, обычно с точностью до нескольких десятых долей миллиметра
Качество поверхности: Слегка волнистый рисунок из перекрывающихся пятен; часто повышает усталостную долговечность (сопротивление растрескиванию при повторяющихся нагрузках)
Подходящая партия: Малые серии крупных дорогих деталей, а также ремонт и правка
Стоимость оснастки и оборудования: Штампы не нужны; лазерные ячейки стоят миллионы долларов, поэтому работу часто заказывают как услугу
Скорость: Несколько импульсов в секунду; на большую панель могут уйти часы

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Без штампа: форма — это программа, её легко менять
Работает с толстыми жёсткими плитами и панелями с рёбрами жёсткости, выполненными как одно целое
Оставляет защитный сжатый слой, устойчивый к усталостным трещинам
Может точно выправлять деформированные детали

Ограничения

Очень дорогое лазерное оборудование
Только пологие кривизны, а не глубокие формы
Медленно для больших площадей
Для получения нужной формы нужны тщательное моделирование и измерения

Где применяется

АвиацияПанели обшивки крыла с пологой сложной кривизной
КосмосИзогнутые панели для ракет-носителей и баков
СудостроениеФормовка и правка крупных плит
Ремонт и доводкаПравка деталей, деформированных при сварке или механической обработке

Как узнать процесс

Слабая правильная сетка из перекрывающихся квадратных или круглых пятен на одной стороне.
Слегка изогнутые толстые панели без следов штампа или пресса.
Часто матовый, слегка волнистый участок на иначе гладко обработанной поверхности.

Сравните с

Дробеструйное упрочнение12.3та же идея сжимающих напряжений, но со струёй крошечных шариков; дробеударное формообразование гнёт панели так же.Инкрементальная листовая формовка4.6тоже без штампа и под управлением компьютера, но инструмент физически вдавливает тонкий лист в глубокие формы.Гибка листового металла4.1резкие простые изгибы на прессе вместо плавных кривых, созданных тысячами импульсов.

Смотрите

Curtiss-Wright Surface Technologies · Анимация одного импульса: слой воды, плазма, ударная волна и остаточное напряжение

LSP Technologies · Что такое этот процесс и какие детали он позволяет делать

LSP Technologies · Плита изгибается в реальном времени, пока лазер проходит по ней

LSP Technologies · Тот же инструмент, применённый для правки деформированной детали

Смотреть реальные фото

Википедия: Laser peening — процесс, его история и раздел о лазерном ударном формообразовании
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Каждый лазерный импульс запирает напряжение сжатия в небольшом участке одной стороны.
Тысячи импульсов по схеме изгибают плиту совсем без штампа.
Лучше всего подходит для пологих изгибов толстых дорогих аэрокосмических панелей и для правки.