УДК 669.1

Управляемое разрушение как перспективное направление развития в проектировании деталей из металлических сплавов

Лукоянов Максим Андреевич – аспирант Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.

Аннотация: Одним из наиболее перспективных направлений развития методов обработки в промышленной сфере является создание возможности и условий управляемого разрушения металлов. В рамках представленной статьи ставится задача о более детальном рассмотрении возможности управляемого разрушения посредством воздействия лазерного излучения на металлы. Автором проводится работа, связанная с анализом, обобщением и систематизацией основных особенностей и преимуществ данного метода. Научная ценность работы состоит в обосновании актуальности и перспективности использования лазерной обработки материалов для их последующего управляемого разрушения.

Ключевые слова: лазерное излучение, металлы, воздействие, прорезка материала, управляемое разрушение, обработка материалов.

Разрушение материалов является одним из наиболее сложных процессов, имеющим множество стадий и управляемый большим количеством факторов. В общем случае разрушение определяется как любое изменение размеров, формы или характеристик материала. При этом важно различать разрушение, при котором конструкция утрачивает свои полезные свойства и управляемое разрушение, при котором достигается получение требуемых свойств, формы и иных характеристик материала [1]. Так, одним из перспективных направлений развития современного научно-технического прогресса является создание инновационных методов управляемого разрушения металлов.

Управляемое разрушение металлов в промышленности имеет большое значение ввиду возможности решения целого ряда технологических задач. В связи с этим активно развиваются методы и способы управляемого разрушения металлов в современной области материаловедения и инженерии. При этом достаточно высокую степень актуальности получает задача, связанная с воздействием для получения правильного дробления [2]. Управляемое разрушение металлов играет важную роль в промышленности, так как позволяет эффективно и точно дробить металлические материалы на более мелкие части. Это особенно важно при производстве металлических изделий.

Правильное дробление металла помогает улучшить качество конечного продукта, повысить производительность процесса производства и сократить издержки на обработку материала [3]. Управляемое разрушение металлов позволяет также контролировать размер заготовок, что важно при изготовлении деталей с точными размерами и формами. Так, актуальность задачи управляемого разрушения металлов для правильного дробления в промышленности заключается в повышении эффективности процесса производства, улучшении качества продукции и снижении издержек на производство.

Особенную актуальность на сегодняшний день представляет процесс воздействия лазерного излучения на металлы для их последующего управляемого разрушения. При выполнении данных задач возможно получение различных характеристик разрушения, позволяющих обеспечить современное производство необходимыми материалами [4]. Технологический процесс воздействия лазерного излучения на металлы для их управляемого разрушения основан на использовании лазерного луча, который наносится на поверхность металла. Лазерное излучение нагревает поверхность металла до очень высокой температуры, вызывая изменение его внутренней структуры и свойств.

В зависимости от параметров лазерного излучения и особенностей обрабатываемого материала можно добиться различных эффектов воздействия на металл [5]. Например, используя высокую интенсивность лазерного луча, можно добиться локального плавления металла (прорези), что позволит произвести точные вырезы или отверстия. Одним из наиболее распространенных способов обработки металлов для их последующего управляемого разрушения является лазерная резка. При этом луч лазера проникает через материал, а его интенсивность достаточна для того, чтобы привести к разрушению межатомных связей в металле и разрезать его на две или более части.

Одним из примеров воздействия лазерного излучения в рамках данной задачи может стать дробление металлической трубы. Так, на 4 оси в лазерном станке по наружной стенке поверхности может быть нанесена сетка в результат прорезки материала на определенную глубину. На рис. 1 представлена схема прорезки металла лазером. Так, предварительно сфокусированный лазерный луч выходит из лазерной головки через Сопло и попадает на поверхность Металла. За счет высокой концентрации энергии в области луча металл начинает активно плавиться [6]. Для удаления расплавленного металла, в зону резки под давлением подаётся вспомогательный газ, который «выдувает» расплавленный металл вниз, за пределы листа. Газ выходит из того же Сопла, что и Лазерный луч. Но из другого, «кольцевого» канала. Также одновременно с описанными выше процессами, лазерная головка перемещается вдоль определённой траектории, формируя контур будущего дробления трубы.

Рисунок1. Схема прорезки металла лазером

Глубина должна быть достаточна для возможности обеспечить дробление трубы при последующем ударном воздействии на трубу изнутри. Вследствие данных операций получается возможность раскалывания трубы по нанесенной изначально лазером сетке и дальнейшего использования полученных фрагментов в задачах промышленности. Использование лазерного оборудования при этом позволит добиться высокой точности и минимальной погрешности при раскалывании трубы.

Таким образом, основной целью представленной статьи являлось выполнение анализа относительно технологии воздействия лазерного излучения на металлы для их последующего управляемого разрушения. В заключение необходимо отметить, что лазерная обработка является одним из наиболее инновационным и требующим особого внимания способом дробления материалов. Материалы представленной работы могут стать основой для практической реализации задачи дробления материала при необходимости обеспечения управляемого разрушения.

Список литературы

1. Кондратенко В.С., Кадомкин В.В., Лу Х.Т., Наумов А.С., Великовский И.Э., Великовский Л.Э. Современное лазерное оборудование для прецизионной обработки различных материалов // Базис. 2021. №1 (9). С. 23-29.
2. Глотов А.Н., Голубенко Ю.В., Десяцков В.А., Степанов А.В. Некоторые особенности взаимодействия лазерного излучения с металлами // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Приборостроение». 2020. №1 (130). С. 15-32.
3. Верещагин М.Н., Целуева С.Н., Целуев М.Ю. Оптимизация процесса получения дисперсных металлических волокон при лазерном диспергировании заготовки // Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого. 2019. №4 (79). С. 20-29.
4. Бабкин А.В., Ладов С.В., Федоров С.В. Технологии разрушения и разделения материалов на основе электродинамических воздействий // Инженерный журнал: наука и инновации. 2015. №2 (38). С. 7-14.
5. Токарев Д.И., Дроздов А.А., Морозов Е.А., Абляз Т.Р., Иванова Ю.С., Полежаев И.С. Влияние лазерного воздействия на состояние закаленной быстрорежущей стали Р6М5 // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2019. №4. С. 34-41.
6. Летягин И.Ю., Беленький В.Я., Лямин Я.В., Ериков А.П. Исследование процессов в зоне воздействия лазерного луча на металл при лазерной сварке в вакууме // Вестник Пермского федерального исследовательского центра. 2019. №3. С. 20-29.