Anwendung mittels Laserstrahlung induzierter thermischer Spannungen auf den Richtprozess von Blechen

Florian Rudolf Ratzenberger

Anwendung mittels Laserstrahlung induzierter thermischer Spannungen auf den Richtprozess von Blechen

Translated title of the contribution: Application by means of laser radiation induced thermal stresses for the straightening process of sheet metals

Florian Rudolf Ratzenberger

Chair of Metal Forming (560)

Research output: Thesis › Master's Thesis

Abstract

The aim of this master thesis is to provide a basic concept for straightening of sheet metal by means of laser radiation. Therefore, the process of laser bending must be analysed precisely to determine and understand the effect of the relevant parameters. These findings can be used subsequently to achieve the elimination of undesirable residual stresses or bumps. At the beginning of this work the physical principles that influence the delay of the flat metal sheets are discussed. Subsequently, the straightening process is described generally for clarifying the demands on the sheet straightening by means of electromagnetic radiation. In the following chapter, the theory of laser radiation is described. Since a CO2-laser is used for the test series, this type of laser is circumstantiated in the same chapter. Afterwards the relationship between the heat input and the forming by laser radiation is treated. Particular attention is given to the absorption of radiation and the heat conduction. In the next section of this paper an analytical model based on the various parameters is mentioned. This model is for the calculation of the impact caused by laser radiation and is valid for the temperature-gradient-mechanism. In the following chapter this analytical model is validated by a test series, which is produced by the CO2-laser provided by the Lehrstuhl für Umformtechnik der MU Leoben. Finally, the acquired knowledge is interpreted, analyzed and, with respect to the question if the presented analytical model can be used for the development of control software for the straightening process, discussed. In the last section of this master thesis moreover future prospects of the application of laser radiation for sheet straightening or shaping in general are given.

Translated title of the contribution	Application by means of laser radiation induced thermal stresses for the straightening process of sheet metals
Original language	German
Qualification	Dipl.-Ing.
Supervisors/Advisors	Walzl, Alexander, Co-Supervisor (internal) Buchmayr, Bruno, Supervisor (internal)
Award date	1 Jul 2016
Publication status	Published - 2016

Bibliographical note

embargoed until null

Keywords

laser forming
laser bending
straightening of sheet metal
analytical model for the bending angle
shaping by means of laser radiation
bending angle
thermal stresses

Cite this

@mastersthesis{0434e90d610e45129ccabfd197d28ca9,

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abstract = "Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist eine Basis f{\"u}r das Richten von Blechbauteilen mittels Laserstrahlung zu schaffen. Hierf{\"u}r muss zuerst der Prozess des Laserstrahlbiegens genau analysiert werden um die Auswirkung der einzelnen relevanten Parameter zu verstehen und zu beherrschen. Diese Erkenntnisse k{\"o}nnen im Anschluss daran genutzt werden um die Eliminierung von unerw{\"u}nschten Eigenspannungen bzw. Unebenheiten zu realisieren. Zu Beginn der vorliegenden Arbeit wird auf die physikalischen Grundlagen, die zum Verzug von ebenen Blechen f{\"u}hren bzw. diesen beeinflussen, eingegangen. Anschlie{\ss}end wird zur Kl{\"a}rung der Anforderungen an die Blechrichtung mittels elektromagnetischer Strahlung der Richtprozess im Allgemeinen beschrieben. Im darauffolgenden Kapitel wird die Theorie der Laserstrahlung, die durch die W{\"a}rmeeinbringung in das Bauteil den Umformprozess realisiert, thematisiert. Da es sich bei dem f{\"u}r die Versuchsreihe verwendeten Lasertyp um einen Kohlenstoffdioxid (CO2)-Laser handelt, wird dieser im selben Kapitel n{\"a}her betrachtet. Nachfolgend wird der Zusammenhang zwischen der W{\"a}rmeeinbringung und der Formgebung mittels CO2-Laser behandelt, wobei besonders auf Strahlungsabsorption und W{\"a}rmeleitung eingegangen wird. Im n{\"a}chsten Abschnitt dieser Abhandlung wird {\"u}ber die verschiedenen Einflussgr{\"o}{\ss}en im Laserumformprozess ein analytisches Berechnungsmodell, das zur Absch{\"a}tzung der Auswirkungen der Laserstrahlung auf das Blechbauteil dient, f{\"u}r den Temperatur-Gradienten-Mechanismus angegeben. Dieses Modell gilt es im darauffolgenden Kapitel durch eine Versuchsreihe, die mit dem vom Lehrstuhl f{\"u}r Umformtechnik der MU Leoben zur Verf{\"u}gung gestellten CO2-Laser hergestellt wurde, zu validieren. Abschlie{\ss}end werden die so erworbenen Kenntnisse interpretiert, analysiert und bez{\"u}glich der Fragestellung, ob das vorgestellte analytische Prozessmodell f{\"u}r die Entwicklung von Regelungssoftware zur gezielten Richtung von Blechwerkst{\"u}cken genutzt werden kann, diskutiert. Im letzten Abschnitt dieser Diplomarbeit wird zudem ein Ausblick bez{\"u}glich der Applikation von Laserstrahlung f{\"u}r die Blechrichtung bzw. der Formgebung im Allgemeinen gegeben.",

keywords = "laser forming, laser bending, straightening of sheet metal, analytical model for the bending angle, shaping by means of laser radiation, bending angle, thermal stresses, Laserumformung, Laserstrahlbiegen, Blechrichtung, Richtprozess, Formgebung mittels Laser, analytisches Berechnungsmodell, Biegewinkel, thermische Eigenspannungen",

author = "Ratzenberger, {Florian Rudolf}",

note = "gesperrt bis null",

year = "2016",

language = "Deutsch",

}

TY - THES

T1 - Anwendung mittels Laserstrahlung induzierter thermischer Spannungen auf den Richtprozess von Blechen

AU - Ratzenberger, Florian Rudolf

N1 - gesperrt bis null

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist eine Basis für das Richten von Blechbauteilen mittels Laserstrahlung zu schaffen. Hierfür muss zuerst der Prozess des Laserstrahlbiegens genau analysiert werden um die Auswirkung der einzelnen relevanten Parameter zu verstehen und zu beherrschen. Diese Erkenntnisse können im Anschluss daran genutzt werden um die Eliminierung von unerwünschten Eigenspannungen bzw. Unebenheiten zu realisieren. Zu Beginn der vorliegenden Arbeit wird auf die physikalischen Grundlagen, die zum Verzug von ebenen Blechen führen bzw. diesen beeinflussen, eingegangen. Anschließend wird zur Klärung der Anforderungen an die Blechrichtung mittels elektromagnetischer Strahlung der Richtprozess im Allgemeinen beschrieben. Im darauffolgenden Kapitel wird die Theorie der Laserstrahlung, die durch die Wärmeeinbringung in das Bauteil den Umformprozess realisiert, thematisiert. Da es sich bei dem für die Versuchsreihe verwendeten Lasertyp um einen Kohlenstoffdioxid (CO2)-Laser handelt, wird dieser im selben Kapitel näher betrachtet. Nachfolgend wird der Zusammenhang zwischen der Wärmeeinbringung und der Formgebung mittels CO2-Laser behandelt, wobei besonders auf Strahlungsabsorption und Wärmeleitung eingegangen wird. Im nächsten Abschnitt dieser Abhandlung wird über die verschiedenen Einflussgrößen im Laserumformprozess ein analytisches Berechnungsmodell, das zur Abschätzung der Auswirkungen der Laserstrahlung auf das Blechbauteil dient, für den Temperatur-Gradienten-Mechanismus angegeben. Dieses Modell gilt es im darauffolgenden Kapitel durch eine Versuchsreihe, die mit dem vom Lehrstuhl für Umformtechnik der MU Leoben zur Verfügung gestellten CO2-Laser hergestellt wurde, zu validieren. Abschließend werden die so erworbenen Kenntnisse interpretiert, analysiert und bezüglich der Fragestellung, ob das vorgestellte analytische Prozessmodell für die Entwicklung von Regelungssoftware zur gezielten Richtung von Blechwerkstücken genutzt werden kann, diskutiert. Im letzten Abschnitt dieser Diplomarbeit wird zudem ein Ausblick bezüglich der Applikation von Laserstrahlung für die Blechrichtung bzw. der Formgebung im Allgemeinen gegeben.

AB - Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist eine Basis für das Richten von Blechbauteilen mittels Laserstrahlung zu schaffen. Hierfür muss zuerst der Prozess des Laserstrahlbiegens genau analysiert werden um die Auswirkung der einzelnen relevanten Parameter zu verstehen und zu beherrschen. Diese Erkenntnisse können im Anschluss daran genutzt werden um die Eliminierung von unerwünschten Eigenspannungen bzw. Unebenheiten zu realisieren. Zu Beginn der vorliegenden Arbeit wird auf die physikalischen Grundlagen, die zum Verzug von ebenen Blechen führen bzw. diesen beeinflussen, eingegangen. Anschließend wird zur Klärung der Anforderungen an die Blechrichtung mittels elektromagnetischer Strahlung der Richtprozess im Allgemeinen beschrieben. Im darauffolgenden Kapitel wird die Theorie der Laserstrahlung, die durch die Wärmeeinbringung in das Bauteil den Umformprozess realisiert, thematisiert. Da es sich bei dem für die Versuchsreihe verwendeten Lasertyp um einen Kohlenstoffdioxid (CO2)-Laser handelt, wird dieser im selben Kapitel näher betrachtet. Nachfolgend wird der Zusammenhang zwischen der Wärmeeinbringung und der Formgebung mittels CO2-Laser behandelt, wobei besonders auf Strahlungsabsorption und Wärmeleitung eingegangen wird. Im nächsten Abschnitt dieser Abhandlung wird über die verschiedenen Einflussgrößen im Laserumformprozess ein analytisches Berechnungsmodell, das zur Abschätzung der Auswirkungen der Laserstrahlung auf das Blechbauteil dient, für den Temperatur-Gradienten-Mechanismus angegeben. Dieses Modell gilt es im darauffolgenden Kapitel durch eine Versuchsreihe, die mit dem vom Lehrstuhl für Umformtechnik der MU Leoben zur Verfügung gestellten CO2-Laser hergestellt wurde, zu validieren. Abschließend werden die so erworbenen Kenntnisse interpretiert, analysiert und bezüglich der Fragestellung, ob das vorgestellte analytische Prozessmodell für die Entwicklung von Regelungssoftware zur gezielten Richtung von Blechwerkstücken genutzt werden kann, diskutiert. Im letzten Abschnitt dieser Diplomarbeit wird zudem ein Ausblick bezüglich der Applikation von Laserstrahlung für die Blechrichtung bzw. der Formgebung im Allgemeinen gegeben.

KW - laser forming

KW - laser bending

KW - straightening of sheet metal

KW - analytical model for the bending angle

KW - shaping by means of laser radiation

KW - bending angle

KW - thermal stresses

KW - Laserumformung

KW - Laserstrahlbiegen

KW - Blechrichtung

KW - Richtprozess

KW - Formgebung mittels Laser

KW - analytisches Berechnungsmodell

KW - Biegewinkel

KW - thermische Eigenspannungen

M3 - Masterarbeit

ER -