RU2679496C2 - Method of the contour laser cutting - Google Patents

Method of the contour laser cutting Download PDF

Info

Publication number
RU2679496C2
RU2679496C2 RU2016115518A RU2016115518A RU2679496C2 RU 2679496 C2 RU2679496 C2 RU 2679496C2 RU 2016115518 A RU2016115518 A RU 2016115518A RU 2016115518 A RU2016115518 A RU 2016115518A RU 2679496 C2 RU2679496 C2 RU 2679496C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser cutting
metal
contour
rolled steel
sheet rolled
Prior art date
Application number
RU2016115518A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016115518A (en
Inventor
Валерий Николаевич Кокорин
Владимир Петрович Табаков
Максим Валерьевич Кокорин
Алексей Валерьевич Кокорин
Михаил Иванович Культюшкин
Дамир Раильевич Подмарев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2016115518A priority Critical patent/RU2679496C2/en
Publication of RU2016115518A publication Critical patent/RU2016115518A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2679496C2 publication Critical patent/RU2679496C2/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/60—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K28/00—Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
    • B23K28/02—Combined welding or cutting procedures or apparatus

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to the sheet rolled steel laser-beam cutting methods. Before laser cutting the sheet rolled steel is subjected to the cold plastic deformation, promoting the metal thermal conductivity reduction and the temperature exposure in the cut area zone reduction (localization).EFFECT: technical result is increase in the sheet rolled steel separation process efficiency, expansion of its process capabilities while ensuring the products low material consumption and high quality.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам лазернолучевой резки листового металлопроката.The invention relates to methods for laser beam cutting of sheet metal.

Известен способ контурной лазерной резки с помощью направленного сфокусированного излучения [Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.:МГТУ им. Н.Э.Баумана.2006].A known method of contour laser cutting using directional focused radiation [Grigoryants A.G., Shiganov I.N., Misyurov A.I. Technological processes of laser processing. M.: MSTU im. N.E.Bauman. 2006].

Недостатками способа являются высокая материалоемкость (большая ширина прореза, значительные потери металла за счет образования грата); искажение формы и размеров детали за счет низкого качества боковой поверхности реза (неперпендикулярность и высокая шероховатость), поверхностного коробления металла, низкой размерной точности; ограниченный диапазон по материалам и толщинам исходного металлопроката.The disadvantages of the method are the high material consumption (large width of the cut, significant metal loss due to the formation of grata); distortion of the shape and dimensions of the part due to the low quality of the side surface of the cut (irregularity and high roughness), surface warpage of the metal, low dimensional accuracy; limited range of materials and thicknesses of the initial metal rolling.

Тепловая энергия, образующаяся в процессе лазерной резки, создает зону температурного воздействия на участке реза. Для повышения качества лазерной резки рекомендуется уменьшать тепловое воздействие на металл заготовки с целью уменьшения теплопроводности [Ковалев О.Б., Зайцев А.В. Моделирование формы свободной поверхности при лазерной резке металлов. Модель многократного отражения и поглощения излучения // ПМТФ. Т. 46. 2005, №1. С. 16-20].The thermal energy generated during laser cutting creates a temperature zone in the cut area. To improve the quality of laser cutting, it is recommended to reduce the thermal effect on the metal of the workpiece in order to reduce thermal conductivity [Kovalev OB, Zaitsev AV Modeling the shape of the free surface during laser cutting of metals. Model of multiple reflection and absorption of radiation // PMTF. T. 46. 2005, No. 1. S. 16-20].

Известен способ контурной лазерной резки, при котором охлаждение зоны реза осуществляется при помощи охлаждающей жидкости, распыляемой вместе с потоком газа [Парфенов В. А. Лазерная микрообработка материалов: Учебное пособие.- СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011.- 59 c.], при этом осуществляется снижение теплопроводности металла заготовки.A known method of contour laser cutting, in which the cooling of the cutting zone is carried out using a coolant sprayed with a gas stream [Parfenov V. A. Laser microprocessing of materials: Textbook. - SPb .: Publishing house SPbGETU "LETI", 2011.- 59 c.], While the thermal conductivity of the metal of the workpiece is reduced.

Существенным недостатком данного способа является сложная конструкция лазерной установки, снабженной механизмом подачи и отвода охлаждающей жидкости, а также недостаточная эффективность процесса охлаждения, снижение коррозионная стойкости металлопроката на железной основе.A significant disadvantage of this method is the complex design of the laser unit equipped with a coolant supply and removal mechanism, as well as the insufficient efficiency of the cooling process, and the decrease in the corrosion resistance of iron-based metal products.

Прототипом изобретения является способ лазерной резки, основанный на охлаждением водой металла заготовок, подаваемой на обрабатываемую лазерной резкой поверхность [О.Б. Ковалев, В.М. Фомин Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов. - М.:ФИЗМАТЛИТ. 2013.-256 с]. Указанный способ имеет недостатки, отмеченные выше.The prototype of the invention is a laser cutting method based on water cooling of metal preforms supplied to the surface being processed by laser cutting [O.B. Kovalev, V.M. Fomin Physical fundamentals of laser cutting of thick sheet materials. - M.: FIZMATLIT. 2013.-256 s]. The specified method has the disadvantages noted above.

Техническим результатом является повышение эффективности процесса разделения листового металлопроката, расширение его технологических возможностей при обеспечении низкой материалоемкости и высокого качества изделий.The technical result is to increase the efficiency of the separation process of sheet metal, expanding its technological capabilities while ensuring low material consumption and high quality products.

Технический результат достигается тем, что листовой металлопрокат перед лазерной резкой подвергают механической активации, заключающейся в холодной пластической деформации которой наблюдается снижение теплопроводности металла и, как следствие, уменьшение (локализация) зоны температурного воздействия в зоне резки.The technical result is achieved by the fact that sheet metal before laser cutting is subjected to mechanical activation, which consists in cold plastic deformation of which there is a decrease in the thermal conductivity of the metal and, as a result, a decrease (localization) of the temperature influence zone in the cutting zone.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что снижение теплопроводности в зоне реза предлагается за счет процесса механической активации металлопроката при прикладывании силового воздействия и холодной пластической деформации[Мап Н.С., Duan J., Yue Т.М. Dynamic characteristics of gas jets from subsonic and supersonic nozzles for high pressure gas laser cutting // Optics & Laser Technology. 1998. V. 30.- P. 497-509]. При этом обеспечивается резкое снижение теплопроводности металла за счет его деформационного упрочнения [Арзамасов В.Б. Материаловедение: учебник / В.Б. Арзамасов, А.А. Черепахин. - М.: Экзамен, 2009.-350 с].The essence of the invention lies in the fact that the reduction in thermal conductivity in the cutting zone is proposed due to the process of mechanical activation of the metal when applying force and cold plastic deformation [Map N.S., Duan J., Yue T.M. Dynamic characteristics of gas jets from subsonic and supersonic nozzles for high pressure gas laser cutting // Optics & Laser Technology. 1998. V. 30.- P. 497-509]. This ensures a sharp decrease in the thermal conductivity of the metal due to its strain hardening [Arzamasov VB Material science: textbook / VB Arzamasov, A.A. Turtle. - M.: Exam, 2009.-350 s].

Наблюдаемый эффект обусловлен искажением кристаллической решетки металла, повышением плотности дислокаций при пластическом деформировании(механической активации металла заготовки).The observed effect is due to distortion of the crystal lattice of the metal, an increase in the density of dislocations during plastic deformation (mechanical activation of the workpiece metal).

Заявляемый способ контурной лазерной резки с механической активацией листового металлопроката осуществляется по следующим этапам:The inventive method of contour laser cutting with mechanical activation of sheet metal is carried out in the following stages:

1. Производят холодное пластическое деформирование обрабатываемой поверхности металлопроката любым традиционным способом (валками, ударным воздействием между бойками и др.). На этом этапе формируется благоприятная текстура (макро-, и -микро), происходит активация и механический наклеп(деформационное упрочнение) в области зоны контурной лазерной резки, что позволяет снизить теплопроводность металла в зоне резки и уменьшить температурное воздействие на металл за счет создания локализованной(местной) зоны температурного воздействия.1. Produce cold plastic deformation of the machined metal surface in any traditional way (rolls, impact between the strikers, etc.). At this stage, a favorable texture (macro- and micro) is formed, activation and mechanical hardening (strain hardening) takes place in the region of the contour laser cutting, which reduces the thermal conductivity of the metal in the cutting zone and reduces the thermal effect on the metal by creating a localized ( local) temperature exposure zones.

2. Производят контурную лазерную резку предварительно холоднодеформированного участка металлопроката(металла заготовки).2. Make a contour laser cutting of a pre-cold-formed section of metal (metal billet).

Пример реализации технологической схемы разрабатываемого процесса контурной лазерной резки с механической активацией листового металлопроката.An example of the implementation of the technological scheme of the developed process of contour laser cutting with mechanical activation of sheet metal.

На чертеже представлена технологическая схема разрабатываемого процесса контурной лазерной резки с механической активацией листового металлопроката.The drawing shows a flow chart of the developed process of contour laser cutting with mechanical activation of sheet metal.

Деформационное упрочнение листового металлопроката, реализуется с помощью деформирующих валков 1, обеспечивающих холодное пластическое деформирование исходного листового материала 2 в зонах разделения согласно чертежу и осуществляющих разнонаправленное вращательное движение. Валки 1 могут быть снабжены клиновидными ребрами, траектория которых когерентна контуру вырезаемой детали (вид А), что обеспечивает локальное упрочнение узкой зоны обрабатываемого металла (данная схема холодного деформирования обрабатываемой зоны позволит сохранить высокий уровень пластичности контура вырезаемой заготовки, подвергаемой дальнейшей штамповкой). На позиции 3 осуществляется контурная лазерная резка. Вырезанные заготовки отправляются на участок штамповки 4.The strain hardening of sheet metal is realized by means of bending rolls 1, which provide cold plastic deformation of the initial sheet material 2 in the separation zones according to the drawing and performing multidirectional rotational motion. Rolls 1 can be equipped with wedge-shaped ribs, the path of which is coherent with the contour of the cut part (type A), which provides local hardening of the narrow zone of the processed metal (this scheme of cold deformation of the processed zone will allow to maintain a high level of ductility of the contour of the cut workpiece subjected to further stamping). At position 3, contour laser cutting is performed. Cut blanks are sent to the stamping area 4.

Сравнение прототипа и предлагаемого технического решения позволяет:Comparison of the prototype and the proposed technical solution allows you to:

1. Уменьшить себестоимость изделия за счет сокращения трудоемкости доводочных слесарных работ при использовании механической активации за счет увеличения размерной точности и снижения шероховатости поверхности разделения.1. To reduce the cost of the product by reducing the complexity of finishing locksmithing when using mechanical activation by increasing dimensional accuracy and reducing the roughness of the separation surface.

2. Существенно снизить ширину поверхности реза.2. Significantly reduce the width of the cut surface.

Claims (1)

Способ контурной лазерной резки с механической активацией листового металлопроката, заключающийся в том, что листовой металлопрокат перед лазерной резкой подвергают холодной пластической обработке, при этом обрабатываемую поверхность в зоне разделения подвергают силовому воздействию в деформирующих валках, снабженных клиновидными ребрами, траектория которых когерентна контуру вырезаемой детали.The method of contour laser cutting with mechanical activation of sheet metal, which consists in the fact that sheet metal before laser cutting is subjected to cold plastic processing, while the treated surface in the separation zone is subjected to force in deforming rolls equipped with wedge-shaped ribs, the path of which is coherent to the contour of the cut part.
RU2016115518A 2016-04-19 2016-04-19 Method of the contour laser cutting RU2679496C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115518A RU2679496C2 (en) 2016-04-19 2016-04-19 Method of the contour laser cutting

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115518A RU2679496C2 (en) 2016-04-19 2016-04-19 Method of the contour laser cutting

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016115518A RU2016115518A (en) 2017-10-24
RU2679496C2 true RU2679496C2 (en) 2019-02-11

Family

ID=60153700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016115518A RU2679496C2 (en) 2016-04-19 2016-04-19 Method of the contour laser cutting

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2679496C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2024441C1 (en) * 1992-04-02 1994-12-15 Владимир Степанович Кондратенко Process of cutting of nonmetal materials
US20050051259A1 (en) * 2003-09-09 2005-03-10 Chin-Kuang Luo Method for sealing heat pipes
RU2456131C1 (en) * 2011-02-02 2012-07-20 Валерий Никитич Гринавцев Method of strips cutting

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2024441C1 (en) * 1992-04-02 1994-12-15 Владимир Степанович Кондратенко Process of cutting of nonmetal materials
US20050051259A1 (en) * 2003-09-09 2005-03-10 Chin-Kuang Luo Method for sealing heat pipes
RU2456131C1 (en) * 2011-02-02 2012-07-20 Валерий Никитич Гринавцев Method of strips cutting

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H.C.MAN,J.DUAN, T.M.YUE "Dynamic characteristics of gas jet from subsonic and supersonic nozzles for high pressure gas kaser cutting", Optics&Laser Technology 30, 1998, p.497-509. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016115518A (en) 2017-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lesyk et al. Surface microrelief and hardness of laser hardened and ultrasonically peened AISI D2 tool steel
Mori Smart hot stamping of ultra-high strength steel parts
Maji et al. Experimental investigations and statistical analysis of pulsed laser bending of AISI 304 stainless steel sheet
CN107186063B (en) Integral panel rib die mould and bending integral forming method based on roll-in
CN102625736B (en) Bent member, and device and method for manufacturing same
Sealy et al. Finite element modeling of hybrid additive manufacturing by laser shock peening
Dai et al. Effects of laser shock peening with contacting foil on micro laser texturing surface of Ti6Al4V
Li et al. Study on surface modification of aluminum 6061 by multiple ultrasonic impact treatments
Chen et al. Studies on laser forming of Ti–6Al–4V alloy sheet
Maeno et al. Blanking immediately after heating and ultrasonic cleaning for compact hot-stamping systems using rapid resistance heating
RU2679496C2 (en) Method of the contour laser cutting
Cui et al. A laser scanner–stage synchronized system supporting the large-area precision polishing of additive-manufactured metallic surfaces
Guglielmotti et al. Laser bending of aluminum foam sandwich panels
Tavakoli et al. Determining optimized radial scan path in 3D laser forming of steelAISI 304 plates to produce bowl shapes
Huang et al. A novel method for fabricating micro-dimple arrays with good surface quality on metallic glass substrate by combining laser irradiation and mechanical polishing under wax sealing
Cui et al. Investigation of different surface morphologies formed on AISI 304 stainless steel via millisecond Nd: YAG pulsed laser oxidation
Jović et al. Parameters influence of laser forming on shaped surface by soft computing technique
Kayahan A post-processing study on aluminum surface by fiber laser: Removing face milling patterns
Kim et al. Sliding wear characteristics of ultrafine-grained non-strain-hardening aluminum-magnesium alloys
Zhang et al. A mold-free laser shock micro-drawing forming process using Plasticine as the flexible support
Spoelstra et al. Rubber pad forming-Efficient approach for the manufacturing of complex structured sheet metal blanks for food industry
Male et al. Processing effects in plasma forming of sheet metal
Prasomthong et al. The Optimization of Sheet Forming on Residual Stress and Surface Roughness with Two Point Incremental Forming Process (TPIF) of Aluminum Alloy Parts
Bhuyan et al. Experimental investigation on laser bending of metal sheets using parabolic irradiations
Pesin et al. Heat transfer modeling in asymmetrical sheet rolling of aluminium alloys with ultra high shear strain

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20180312

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20181015

HC9A Changing information about author(s)
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190102