Bài 4.10Biến dạngChương 4 · Tạo hình tấm và ống

Tạo hình bằng phun bi laser

Các phát laser kéo giãn một mặt để tấm cong

Tạo hình bằng phun bi laser uốn tấm kim loại không cần khuôn, dùng hàng nghìn sóng xung kích nhỏ do laser tạo ra. Mỗi phát ép một mảng nhỏ của một bề mặt; cùng nhau chúng kéo giãn mặt đó, và tấm từ từ cong, như trang giấy cuộn lại khi một mặt bị ẩm. Nó tạo hình tấm cánh máy bay dày và nắn thẳng chi tiết bị biến dạng với khả năng kiểm soát cao.

tạo hình bằng phun bi laser · một phát cận cảnh, và tấm sau nhiều phátCác số trong vòng tròn khớp với các bước bên dưới. Hình bên trái phóng to một phát; hình bên phải cho thấy cả tấm.

Cách hoạt động

Phủ nước lên bề mặt. Tấm được cố định dưới laser, và một lớp nước mỏng chảy qua vùng cần xử lý.
Phát một xung laser. Laser xung năng lượng cao phát một xung rất ngắn, khoảng 20 nano giây, xuyên qua nước vào một điểm rộng vài milimet.
Tạo một đợt plasma. Xung biến lớp vỏ mỏng của bề mặt thành plasma (khí phát sáng, mang điện). Nước giữ nó lại, nên áp suất tăng vọt và đẩy sóng xung kích vào kim loại.
Để lại lớp bị nén. Xung kích ép kim loại dưới điểm đó, để lại một lớp, thường sâu 1–2 mm, với ứng suất dư nén (ứng suất bị khóa bên trong kim loại đẩy ra ngoài lên lân cận).
Lặp lại theo hoa văn. Robot di chuyển điểm laser từng điểm theo mẫu đã tính. Các ứng suất bị khóa cộng dồn và tấm cong; nó được đo và hiệu chỉnh bằng thêm vài phát.

Thông số chính

Vật liệu: Hợp kim nhôm (kể cả nhôm–liti), titan, thép, hợp kim niken
Chi tiết thường gặp: Tấm cánh và thân máy bay cong nhẹ hoặc cong kép, tấm có gân, chi tiết biến dạng cần nắn thẳng
Kích thước chi tiết: Từ chi tiết nhỏ đến tấm dài vài mét, bị giới hạn bởi tầm với của robot
Độ chính xác: Độ cong hình thành từng bước nhỏ, có kiểm soát; hình dạng cuối được đo và hiệu chỉnh, thường trong vài phần mười milimet
Bề mặt hoàn thiện: Hoa văn hơi lõm của các điểm chồng nhau; thường cải thiện tuổi thọ mỏi (khả năng chống nứt dưới tải lặp lại)
Số lượng phù hợp: Loạt nhỏ chi tiết lớn, giá trị cao, cộng sửa chữa và nắn thẳng
Chi phí khuôn dụng cụ và máy: Không cần khuôn; cell laser tốn hàng triệu đô la, nên công việc thường được mua dưới dạng dịch vụ
Tốc độ: Vài phát mỗi giây; một tấm lớn có thể mất hàng giờ

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

Không khuôn: hình dạng là một chương trình, dễ thay đổi
Dùng được với tấm dày, cứng và tấm có gân liền khối
Để lại lớp nén bảo vệ chống nứt mỏi
Có thể nắn thẳng chi tiết biến dạng một cách chính xác

Hạn chế

Thiết bị laser rất đắt
Chỉ các độ cong nhẹ, không phải hình sâu
Chậm với diện tích lớn
Cần mô hình hóa và đo đạc cẩn thận để đạt đúng hình

Ứng dụng

Máy bayTấm da cánh với đường cong phức hợp nhẹ
Không gianTấm cong cho tên lửa đẩy và bình chứa
Đóng tàuTạo hình và nắn thẳng tấm lớn
Sửa chữa và hoàn thiệnNắn thẳng chi tiết bị biến dạng do hàn hoặc gia công

Cách nhận biết

Một lưới mờ, đều các điểm vuông hoặc tròn chồng nhau trên một mặt.
Tấm dày cong nhẹ không có vết khuôn hay máy ép.
Thường là một mảng mờ, hơi lõm trên bề mặt đã gia công.

So sánh với

Phun bi12.3cùng ý tưởng ứng suất nén, nhưng bằng một dòng bi nhỏ; tạo hình bằng phun bi uốn tấm theo cùng cách.Tạo hình tấm tăng dần4.6cũng không khuôn và điều khiển bằng máy tính, nhưng dụng cụ thực sự đẩy tấm mỏng thành hình sâu.Uốn tôn tấm4.1các nếp uốn sắc, đơn giản trong máy ép, thay vì đường cong nhẹ tạo từ hàng nghìn phát.

Xem video

Curtiss-Wright Surface Technologies · Hoạt hình một phát: lớp nước, plasma, sóng xung kích và ứng suất dư

LSP Technologies · Quy trình là gì và tạo ra những chi tiết nào

LSP Technologies · Một tấm cong trực tiếp khi laser quét qua

LSP Technologies · Cùng dụng cụ dùng để nắn thẳng chi tiết biến dạng

Xem ảnh thật

Wikipedia: Phun bi laser — quy trình, lịch sử và phần về tạo hình bằng phun bi laser
Tìm ảnh trên Wikimedia Commons

Ghi nhớ

Mỗi phát laser khóa một ứng suất nén vào một mảng nhỏ của một mặt.
Hàng nghìn phát theo hoa văn làm tấm cong, không cần khuôn.
Tốt nhất cho đường cong nhẹ trên tấm hàng không vũ trụ dày, giá trị, và cho nắn thẳng.