Sheet metal processing technologies

Sheet metal processing technologies using high power lasers have received a great deal of interest from various industries. In any sheet metal processing, thermal deformation is a critical issue, whether it is utilized or avoided. For example, in a laser forming process, thermal deformation is introduced systematically to form a metal sheet into a pre-designed shape, but in other laser processing techniques, such as in laser hardening, it is merely a byproduct from a process and is aimed to be minimized.

Because of its importance, thermal deformation behavior in laser processing has been extensively studied (Majumdar and Manna, 2003 and Majumdar and Manna, 2011), but most of the systematic studies were concerned with the plastic deformation in laser forming or bending applications. Majumdar et al. (2004) studied laser bending of stainless steel 304 sheets using a CO2 laser. In their study, the effect of power density, scan speed, number of passes, and sheet thickness on bending angle was investigated. Hu et al. (2002) studied laser sheet forming process of AISI 1008 and stainless steel 304 sheets, and showed that the direction of laser induced bending can be not only toward but also away from the laser beam if a buckling instability is used. Lee and Lin (2002) investigated the transient deformation of thin stainless steel 304 sheets heated by a single pulse of CO2 laser using a three-dimensional simulation and a CO2 laser experiment. They reported that when the peak temperature exceeded the melting point, the bending angle could become negative due to the prolonged radiating time and the large specimen thickness.

Unlike the laser forming process, thermal deformation behavior in laser transformation hardening has rarely been studied because, above all, only steel structures that are thick enough have been considered heat-treatable due to the self-quenching requirement (Mazumder, 1983). Recently, however, Ki et al. (2014) proposed a heat sink assisted laser hardening method for steel sheets, where cooling performance is significantly enhanced by introducing a heat sink. In this study, using a process map approach by Ki and So (2012), the authors investigated thermal deformation behavior in laser transformation hardening of steel sheets, where, unlike the laser forming process, solid-state phase changes such as martensitic transformation play an important role. Using a 3 kW diode laser, laser hardening experiments were conducted on 2 mm thick boron steel and DP 590 dual phase steel specimens, and four types of heat sink were considered to enhance the hardening process. After the experiments, deflection angles due to thermal deformation were measured and microstructure distributions were analyzed. In this study, it was observed that the use of a heat sink significantly reduces the deflection angle, such that the bending directions of initially small bending angles become reversed. This phenomenon generates a zero deformation regime between the two different deformation regimes, which is believed to be important in minimizing thermal deformation. In this study, it was also found that the heat affected zone (HAZ) depth normalized by the specimen thickness is an important parameter with which the thermal deformation can be analyzed and categorized. This study reveals that, when a heat sink is used, the decrease in thermal deformation is caused by decreased plastic deformation due to the decreased heating effect and promoted martensite formation due to the enhanced cooling effect. Using the principles found in this work, it is believed that the thermal deformation during not only the laser transformation hardening process but also general laser-based sheet metal manufacturing processes can be effectively controlled.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เทคโนโลยีการแปรรูปโลหะแผ่นที่ใช้แสงเลเซอร์กำลังสูงได้รับการสนใจมากจากอุตสาหกรรมต่าง ๆ ในการแปรรูปโลหะแผ่น แมพความร้อนเป็นปัญหาสำคัญ ว่ามีใช้ หรือหลีกเลี่ยง ตัวอย่าง ในการขึ้นรูปกระบวนการเลเซอร์ แมพร้อนจะนำระบบแบบแผ่นโลหะในรูปแบบที่ออกแบบ แต่เทคนิคประมวลผลเลเซอร์ เช่นเลเซอร์แข็ง มันเป็นเพียงจิตสำนึกจากกระบวนการ และวัตถุประสงค์เพื่อจะลดเนื่องจากความสำคัญ ทำแมพความร้อนในการประมวลผลของเลเซอร์ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง (Majumdar และ ลติ 2003 และ Majumdar และ ลติ 2011), แต่ส่วนใหญ่ของการศึกษาระบบเกี่ยวข้องกับแมพพลาสติกในเลเซอร์ขึ้นรูป หรือดัดโปรแกรมประยุกต์ Majumdar และ al. (2004) ศึกษาเลเซอร์ดัดแผ่นเหล็กกล้าไร้สนิม 304 ที่ใช้เลเซอร์ CO2 ในการเรียน ผลของความหนาแน่นของพลังงาน ความเร็วในการสแกน ผ่าน และความหนาของแผ่นบนดัดมุมถูกสอบสวน Hu et al. (2002) ศึกษาการขึ้นรูปกระบวนการของ AISI 1008 และแผ่นสแตนเลส 304 แผ่นเลเซอร์ และแสดงให้เห็นว่า ทิศทางของเกิดเลเซอร์ดัดสามารถไม่ต่อ แต่ จากแสงเลเซอร์ใช้ขาดเสถียรภาพ buckling ลีและหลิน (2002) สอบสวนแมพแบบฉับพลันบางสแตนเลส 304 แผ่นความร้อน โดยชีพจรเดียวของแบบจำลองสามมิติและการทดลองเลเซอร์ CO2 เลเซอร์ CO2 พวกเขารายงานว่า เมื่ออุณหภูมิสูงเกินจุดหลอมเหลว มุมดัดอาจกลายเป็นลบเวลา radiating นานและความหนาของตัวอย่างขนาดใหญ่Unlike the laser forming process, thermal deformation behavior in laser transformation hardening has rarely been studied because, above all, only steel structures that are thick enough have been considered heat-treatable due to the self-quenching requirement (Mazumder, 1983). Recently, however, Ki et al. (2014) proposed a heat sink assisted laser hardening method for steel sheets, where cooling performance is significantly enhanced by introducing a heat sink. In this study, using a process map approach by Ki and So (2012), the authors investigated thermal deformation behavior in laser transformation hardening of steel sheets, where, unlike the laser forming process, solid-state phase changes such as martensitic transformation play an important role. Using a 3 kW diode laser, laser hardening experiments were conducted on 2 mm thick boron steel and DP 590 dual phase steel specimens, and four types of heat sink were considered to enhance the hardening process. After the experiments, deflection angles due to thermal deformation were measured and microstructure distributions were analyzed. In this study, it was observed that the use of a heat sink significantly reduces the deflection angle, such that the bending directions of initially small bending angles become reversed. This phenomenon generates a zero deformation regime between the two different deformation regimes, which is believed to be important in minimizing thermal deformation. In this study, it was also found that the heat affected zone (HAZ) depth normalized by the specimen thickness is an important parameter with which the thermal deformation can be analyzed and categorized. This study reveals that, when a heat sink is used, the decrease in thermal deformation is caused by decreased plastic deformation due to the decreased heating effect and promoted martensite formation due to the enhanced cooling effect. Using the principles found in this work, it is believed that the thermal deformation during not only the laser transformation hardening process but also general laser-based sheet metal manufacturing processes can be effectively controlled.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

แผ่นโลหะเทคโนโลยีการประมวลผลโดยใช้เลเซอร์พลังงานสูงได้รับการจัดการที่ดีของความสนใจจากอุตสาหกรรมต่างๆ ในแผ่นโลหะการประมวลผลใด ๆ เปลี่ยนรูปความร้อนเป็นปัญหาที่สำคัญไม่ว่าจะถูกนำมาใช้หรือหลีกเลี่ยง ยกตัวอย่างเช่นในกระบวนการขึ้นรูปเลเซอร์, เปลี่ยนรูปความร้อนที่มีการแนะนำอย่างเป็นระบบในรูปแบบแผ่นโลหะเป็นรูปทรงที่ออกแบบไว้ล่วงหน้า แต่ในเทคนิคการประมวลผลเลเซอร์อื่น ๆ เช่นในการชุบแข็งเลเซอร์มันเป็นเพียงผลพลอยได้จากกระบวนการและมีวัตถุประสงค์ ที่จะลดลง. เพราะความสำคัญของพฤติกรรมที่เปลี่ยนรูปความร้อนในการประมวลผลเลเซอร์ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง (Majumdar และ Manna, 2003 และ Majumdar และ Manna 2011) แต่ส่วนใหญ่ของการศึกษาอย่างเป็นระบบมีความกังวลกับการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกในการขึ้นรูปด้วยเลเซอร์หรือดัด การใช้งาน Majumdar et al, (2004) ศึกษาการดัดเลเซอร์สแตนเลส 304 แผ่นโดยใช้เลเซอร์ CO2 ในการศึกษาของพวกเขาผลของความหนาแน่นของพลังงาน, ความเร็วในการสแกนจำนวนของอ้อมและความหนาแผ่นกับมุมดัดถูกตรวจสอบ Hu et al, (2002) ศึกษาการขึ้นรูปแผ่นเลเซอร์กระบวนการของ AISI 1008 และสแตนเลส 304 แผ่นและแสดงให้เห็นว่าทิศทางของการเหนี่ยวนำให้เกิดการดัดเลเซอร์ที่สามารถไม่เพียง แต่มีต่อ แต่ยังห่างจากแสงเลเซอร์ถ้าความไม่แน่นอนคาดจะใช้ ลีและหลิน (2002) การตรวจสอบความผิดปกติชั่วคราวของสแตนเลสบาง 304 แผ่นความร้อนจากการเต้นของชีพจรเดียวของเลเซอร์ CO2 โดยใช้แบบจำลองสามมิติและการทดลอง CO2 เลเซอร์ พวกเขาได้รายงานว่าเมื่ออุณหภูมิสูงสุดเกินจุดหลอมละลายมุมดัดอาจจะกลายเป็นเชิงลบเนื่องจากการแผ่เวลานานและความหนาของชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่. ซึ่งแตกต่างจากเลเซอร์กระบวนการสร้างพฤติกรรมเปลี่ยนรูปความร้อนในการชุบแข็งเลเซอร์เปลี่ยนแปลงได้รับการศึกษาไม่ค่อยเพราะข้างต้น ทั้งหมดเพียงโครงสร้างเหล็กที่มีความหนาพอที่ได้รับการพิจารณา-รักษาความร้อนที่เกิดจากการความต้องการของตัวเองดับ (Mazumder, 1983) เมื่อเร็ว ๆ นี้ แต่คี et al, (2014) ได้เสนอช่วยระบายความร้อนวิธีการเลเซอร์สำหรับการชุบแข็งเหล็กแผ่นที่ประสิทธิภาพการทำงานที่เย็นจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญโดยการแนะนำระบายความร้อน ในการศึกษานี้ใช้วิธีการแผนที่กระบวนการ Ki และดังนั้น (2012) ผู้เขียนตรวจสอบพฤติกรรมเปลี่ยนรูปความร้อนในการชุบแข็งเลเซอร์การเปลี่ยนแปลงของเหล็กแผ่นที่ไม่เหมือนเลเซอร์กระบวนการสร้างการเปลี่ยนแปลงขั้นตอนของรัฐที่มั่นคงเช่นการเปลี่ยนแปลง martensitic เล่น บทบาทที่สำคัญ ใช้ 3 กิโลวัตต์เลเซอร์ไดโอดแข็งเลเซอร์ทดลองเมื่อวันที่ 2 มมเหล็กโบรอนหนาและ DP 590 ตัวอย่างเหล็กเฟสสองและสี่ประเภทของชุดระบายความร้อนได้รับการพิจารณาเพื่อเพิ่มกระบวนการชุบแข็ง หลังจากการทดลองมุมโก่งเนื่องจากการเปลี่ยนรูปความร้อนถูกวัดและการแจกแจงจุลภาควิเคราะห์ ในการศึกษาครั้งนี้มันก็ตั้งข้อสังเกตว่าการใช้ระบายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญจะช่วยลดมุมโก่งเช่นว่าทิศทางของมุมดัดดัดขนาดเล็กครั้งแรกกลายเป็นตรงกันข้าม ปรากฏการณ์นี้จะสร้างระบอบการปกครองเปลี่ยนรูปเป็นศูนย์ระหว่างสองระบอบการเปลี่ยนรูปแบบที่แตกต่างกันซึ่งเชื่อว่าจะมีความสำคัญในการลดความผิดปกติความร้อน ในการศึกษาครั้งนี้มันก็ยังพบว่าความร้อนโซนได้รับผลกระทบ (HAZ) ความลึกปกติโดยความหนาของชิ้นงานเป็นตัวแปรที่สำคัญที่เปลี่ยนรูปความร้อนสามารถวิเคราะห์และจัดหมวดหมู่ การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อระบายความร้อนมีการใช้ลดลงในการเปลี่ยนรูปความร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกลดลงเนื่องจากผลกระทบความร้อนลดลงและส่งเสริมการก่อ martensite เนื่องจากผลการระบายความร้อนที่เพิ่มขึ้น โดยใช้หลักการที่พบในงานนี้เป็นที่เชื่อกันว่าในระหว่างการเปลี่ยนรูปความร้อนไม่ได้เป็นเพียงการเปลี่ยนแปลงกระบวนการเลเซอร์แข็ง แต่ยังทั่วไปเลเซอร์ที่ใช้กระบวนการผลิตแผ่นโลหะที่สามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

แผ่นโลหะการประมวลผลเทคโนโลยีการใช้เลเซอร์พลังงานสูง ได้รับความสนใจจากอุตสาหกรรมต่างๆ ในแผ่นโลหะการประมวลผลความร้อนการเคลื่อนตัวปัญหาวิกฤต ไม่ว่าจะใช้หรือหลีกเลี่ยง ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการขึ้นรูปด้วยเลเซอร์ , การใช้ความร้อนในรูปแบบแผ่นโลหะเป็นรูปร่างก่อนออกแบบอย่างเป็นระบบแต่ในเทคนิคการประมวลผลเลเซอร์อื่น ๆเช่น ในการ เลเซอร์ ชุบแข็ง มันเป็นเพียงผลพลอยได้จากกระบวนการ และมีวัตถุประสงค์ที่จะลด

เพราะความสำคัญของพฤติกรรมการเปลี่ยนรูปความร้อนในการประมวลผลเลเซอร์ได้ถูกศึกษาอย่างกว้างขวาง ( majumdar มานาและ 2546 และ majumdar มานา , 2011 )แต่ที่สุดของการศึกษาอย่างเป็นระบบ มีความเกี่ยวข้องกับการเสียรูปพลาสติก ขึ้นรูป ดัด หรือเลเซอร์ โปรแกรม majumdar et al . ( 2547 ) ศึกษาการดัดของแผ่นเหล็กกล้าไร้สนิม 304 เลเซอร์ที่ใช้คาร์บอนไดออกไซด์เลเซอร์ ในการศึกษาของพวกเขา ผลของความหนาแน่นพลังงานสแกนความเร็ว , จำนวนผ่าน และความหนาของแผ่นบนมุมดัดถูกตรวจสอบ Hu et al .( 2002 ) ศึกษากระบวนการขึ้นรูปของ แผ่นเลเซอร์ สแตนเลสแผ่น 304 และ AISI 1008 และพบว่าทิศทางของการดัดเลเซอร์สามารถไม่เพียงต่อแต่ยังห่างจากลำแสงเลเซอร์ ถ้าเป็นแบบไม่ใช้ลีและหลิน ( 2002 ) ศึกษาความผิดปกติชั่วคราวของบางเหล็กสแตนเลสแผ่น 304 ให้ความร้อนโดยชีพจรเดียวของเลเซอร์ โดยใช้เลเซอร์ CO2 จำลองสามมิติและการทดลอง พวกเขารายงานว่าเมื่อช่วงอุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวและมุมดัดที่เป็นลบเนื่องจากการเปล่งเวลานานและความหนา

ตัวอย่างขนาดใหญ่ซึ่งแตกต่างจากเลเซอร์ เป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมทางความร้อนของเลเซอร์แข็งไม่เคยได้รับการศึกษาเพราะ , ทั้งหมดข้างต้น , โครงสร้างเหล็กที่หนาพอที่จะได้รับการพิจารณาเนื่องจากความร้อนรักษาตนเองดับความต้องการ ( mazumder , 1983 ) เมื่อเร็วๆ นี้ อย่างไรก็ตาม กี et al . ( 2014 ) เสนอเรื่องการระบายความร้อน เลเซอร์ ใช้แผ่นเหล็กที่ทำความเย็นประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญปรับปรุงการระบายความร้อน . ในการศึกษานี้ใช้วิธีการโดยกระบวนการแผนที่คิแล้ว ( 2012 ) , ผู้เขียนศึกษาพฤติกรรมการเปลี่ยนรูปความร้อนในการชุบแข็งของเลเซอร์ แผ่นเหล็ก ซึ่งแตกต่างจากเลเซอร์ในกระบวนการขึ้นรูป การเปลี่ยนแปลงเฟสของแข็ง เช่น มาร์เทนซิติคการเล่นมีบทบาทสำคัญใช้ 3 กิโลวัตต์ ไดโอด เลเซอร์ , เครื่องเลเซอร์ ชุบแข็ง การทดลองในโบรอนเหล็กหนา 2 มม. และ DP 590 เหล็กเฟสสองชิ้น และสี่ประเภทของความร้อนอ่าง ถือว่าเพิ่มการแข็งตัวของกระบวนการ หลังจากการทดลอง มุมโก่งเนื่องจากความร้อนและการกระจายโครงสร้างการวัดวิเคราะห์ ในการศึกษานี้พบว่าการใช้อ่างความร้อนลดการโก่งตัว มุมที่เส้นทางของต้นเล็กดัดดัดมุมเป็นกลับ ปรากฏการณ์นี้จะสร้างศูนย์การปกครองระหว่างสองแตกต่างกันของระบอบการปกครอง ซึ่งเชื่อว่าเป็นสิ่งสำคัญในการลดความร้อน การเสียรูป ในการศึกษานี้นอกจากนี้ยังพบว่า ความร้อนได้รับผลกระทบโซน ( Haz ) ความลึกปกติ โดยตัวหนาเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญกับการระบายความร้อนซึ่งสามารถวิเคราะห์และจัดหมวดหมู่ จากการศึกษาพบว่า เมื่ออ่างความร้อนใช้ในการลดความร้อนที่เกิดจากการลดลงของพลาสติกเนื่องจากการลดลงมีผลต่อความร้อนและส่งเสริมการเพิ่มมาร์เทนไซต์เนื่องจากระบายความร้อน . โดยใช้หลักที่พบในงานนี้เชื่อกันว่า ความร้อนในการไม่เพียง แต่การเปลี่ยนแปลงกระบวนการ แต่ยังแข็งเลเซอร์เลเซอร์ทั่วไปตามกระบวนการผลิตโลหะแผ่น สามารถควบคุมได้อย่าง .