Untersuchungen zum laserunterstützten Biegen mittels Festkörper- und Diodenlaser

Abstract

Moderne hochfeste Materialien wie etwa Magnesium- oder Titanlegierungen sind oft schlecht umformbar, weshalb innovative Umformprozesse wie das Laserunterstützte Biegen zusehends an Bedeutung gewinnen. Dabei wird das zu biegende Werkstück entlang seiner Biegelinie von Laserstrahlung lokal erwärmt. Durch die erhöhte Temperatur lassen sich viele Materialien besser umformen, und es wird möglich, Biegungen durchzuführen, welche bei Raumtemperatur zu einem Bruch des Werkstückes führen würden. Es wurden Möglichkeiten untersucht, die von einem Nd:YAG-Laser beziehungsweise einem Diodenlaser erzeugte Strahlung linienförmig in ein von einer Abkantpresse zu biegendes Werkstück einzubringen. Die Zuführung der Strahlung sollte dabei durch das Biege-Unterwerkzeug erfolgen. Schliesslich wurden zwei Varianten realisiert: Erstens ein Aufbau, bei dem die aus einer Glasfaser austretende Nd:YAG-Strahlung gebündelt und mittels einer Scanbewegung auf einen linienförmigen Bereich projiziert wird, wobei ein umlaufender Spiegel zum Einsatz kommt. Weiters wurde ein kleiner wassergekühlter Diodenlaser mit einer Leistung von 400 Watt konstruiert und aufgebaut, der in der Lage ist, einen linienförmigen Bereich gleichmässig zu bestrahlen. Nach Integration in ein spezielles Unterwerkzeug mit thermisch isolierten Auflageflächen konnte an verschiedenen Blechproben die Tauglichkeit des Aufbaus für das Laserunterstützte Biegen nachgewiesen werden.

Modern high-tensile materials like magnesium- or titanium alloys often have poor forming properties. This can be overcome by innovative forming techniques like Laser Assisted Bending, where the workpiece is irradiated and thus heated along it's forming edge by a laser. This allows flawless bending with expanded parameters. This work investigates possibilities to irradiate the workpiece along it's forming edge with radiation produced by a Nd:YAG-laser respectively a diode laser. The radiation should be supplied via the lower bending tool. Two possible configurations were realized: First a setup wich collimates the Nd:YAG-radiation emitted from a fiber and projects it onto the workpiece by means of a circulating scanning mirror. Second a water-cooled diode laser was constructed and built which is capable of irradiating the forming edge evenly. With this laser integrated into a special lower bending tool with thermally isolated bearing surfaces the suitability of the setup for Laser Assisted Bending was demonstrated.