مطالعه عددی و تجربی فرآیند خم کاری ورق های آلومینیم با استفاده از پرتو لیزر
چکیده
فرآیند شکل دهی با لیزر، به خصوص در سال های اخیر، به طور گسترده ای موردنظر قرار گرفته است. در این فرآیند، با تابش پرتو لیزر بر سطح ورق، که با ایجاد یک گرمایش موضعی سریع و متعاقب آن سرمایش ناحیه ی حرارت دیده همراه است، شکل دهی انجام می شود. هرچند، نحوه توزیع دمایی القا شده بر اثر تابش پرتو لیزر در قطعه، مشخص کننده ی نوع سازوکار شکل دهی است. به عبارت دیگر، بسته به انتخاب اندازه ی پارامترهای تاثیرگذار بر فرآیند، که شامل پارامترهایی نظیر توان لیزر، سرعت اسکن پرتو، قطر پرتو و... می شود، سازوکار و نحوه ی تغییرشکل ورق متفاوت می باشد. در این رابطه، سه سازوکار شیب دمایی، خمش کمانشی و کوتاه کردن شناسایی شده است. در راستای اهداف پایان نامه، شکل دهی ورق های آلومینیم با استفاده از لیزر مورد بررسی تجربی و عددی قرار گرفته است. ضریب جذب پایین پرتو لیزر در ورق های آلومینیم و ضریب رسانش بالای آنها، که تاثیر منفی در تشکیل شیب دمایی در راستای ضخامت ورق دارد، از جمله ی مواردی است که شکل دهی این دسته از ورق ها را با دشواری روبرو کرده است. از این رو، از پوشش دهی گرافیتی به منظور غلبه بر مشکل پایین بودن ضریب جذب و انجام فرآیندها استفاده شد. اهمیت پارامترهای فرآیندی بر مقدار شکل دهی نهایی قطعه با انجام آزمایش های تجربی و بهره گیری از طراحی آزمایش به روش رویه ی پاسخ مشخص شده است. همچنین، استخراج رابطه ای به منظور پیش بینی زاویه ی خم در ورق های آلومینیم که دارای ضخامت بین سه تا پنج میلی متر می باشد انجام شده است. در این زمینه، از طراحی آزمایش به شیوه ی عاملی کامل به منظور بررسی دقیق اثرات اصلی پارامترهای فرآیندی و اثرات متقابل آن ها، با گستره ی تغییرات متفاوت نسبت به آزمایش های تجربی، استفاده شده است. از طرف دیگر، استفاده از یک نیروی کمکی در کنار فرآیند شکل دهی با لیزر به منظور دست یابی به زوایای خم بالا بررسی شد و با ساخت یک سازوکار هیدرولیکی، خم نود درجه در ورق آلومینیم به دست آمد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با وجود اعمال نیروی خارجی، عامل اصلی شکل دهی در این فرآیند، همچنان تابش پرتو لیزر می باشد. در ادامه، بررسی عددی تاثیر عواملی نظیر زمان توقف و نوع استراتژی اسکن پرتو بر میزان شکل دهی انجام شده است. نتایج بررسی ها نشان می دهد که اعمال زمان بهینه ی توقف در فرآیندهای چندپاسه می تواند در افزایش میزان شکل دهی تاثیرگذار باشد. به علاوه، استراتژی خط چینی پرتو لیزر، نسبت به دو استراتژی مستقیم و متناوب، دارای زاویه ی خمش بیشتری است. در انتها، نتیجه گیری و پیشنهادهایی برای ادامه ی کار ارائه شده است.