مطالعه و مدل سازی پارامترهای موثر در شکل دهی ورق های فولادی و ضدزنگ با استفاده از پرتوی لیزر

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

2 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

شکل دهی ورق های فلزی با استفاده از پرتوی لیزر از روش های نوین خمکاری ورق ها می باشد. انعطاف پذیری و سرعت عمل در این فرآیند شکل دهی از یک سو و امکان کنترل فرآیند از سوی دیگر سبب گردیده تا این روش در دهه اخیر مورد توجه محققین قرار گیرد. به دست آوردن پارامترهای موثر و بهینه جهت رسیدن به بیشترین زاویه خمش و بدون ایجاد ذوب سطحی، از جمله نکات اساسی در این زمینه می باشد. در این مقاله با استفاده از لیزر Nd: YAG پیوسته به شکل دهی قطعه کارهای فولادی در توان، سرعت و قطرهای مختلف پرتوی لیزر پرداخته شده است. نتایج این آزمایشات نشان داد که در توان های بالاتر و قطر پرتوی کوچکتر، منحنی زاویه خمش- سرعت به سمت راست میل خواهد کرد. همچنین مشخص گردید که در قطرهای کمتر پرتوی لیزر، تغییرات زاویه خمش نسبتاً خطی و در مقادیر بالاتر غیر خطی می باشد. در ادامه به مطالعه عددی این فرآیند تحت شرایط مختلف پرداخته شد. نتایج حاصل از این بخش نیز نشان داد که با کاهش قطر پرتو، سرعت عبور و ضخامت قطعه کار و با افزایش توان، زاویه خمش افزایش خواهد یافت. در انتها با مقایسه مقادیر عددی و تجربی، اعتبارسنجی تحلیل اجزاء محدود فرآیند انجام پذیرفت و صحت نتایج مشخص گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of the Effective Parameters in Laser Forming of Steel Sheets

نویسندگان [English]

  • Mohamad Hoseinpour Gollo 1
  • Seyed Nader Ameli Kalkhoran 2
2 university
چکیده [English]

Laser forming is a modern and non-contact method for sheet metal bending. Flexibility and rapidness of this forming procedure on one hand and controllability of that on the other hand make this method as one of the most popular manufacturing method. Determination of the effective and optimize parameters for achieving the highest bending angle with no surface melt is one the most important parts of the laser forming process. In this paper, steel sheets have been laser formed in different powers, velocities and beam diameters by a continuous Nd: YAG laser. The results depicted that in the higher powers and smaller beam diameters, the "bending angle- velocity" curve has been shifted to right- side. Furthermore, it has been shown that in smaller beam diameter the trend of bending is reasonably linear and in the higher amounts it is relatively non-linear. In the following, numerical study of laser forming has been done. The results has showed that by increasing of power and decreasing of velocity, beam diameter and work piece thickness the amount of bending angle has been increased. Finally, comparison between numerical and experimental results has showed that they are in a good agreement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laser Forming
  • FEM
  • Effective Parameters

[1] J. Hu, H. Xu, and D. Dang, "Modeling and reducing edge effects in laser bending", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 213, NO. 11, November 2013, pp. 1989 – 1996.
[2] G. Lubiano, and J. Ramos, "Laser Bending of Thin Metal Sheets by Means of a Low Power CO2 Laser", 11th Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin, Texas, August 2000.
[3] W. Li, B. Author2, and L. Yao, "Laser Bending of Tubes: Mechanism, Analysis, and Prediction", Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 123, NO. 4, November 2001, pp. 363 – 367.
[4] P. Cheng, L. Yao, C. Liu, D. Pratt, and Y. Fan, "Analysis and Prediction of Size Effect on Laser Forming of Sheet Metal", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 7, NO. 1, January 2005, pp. 28 – 41.
[5] S. Edwardson, "A Study into the 2D and 3D Laser Forming of Metallic Components", PhD Thesis, Department of Engineering, University of Liverpool, Liverpool, UK, 2004.
[6] Y. Shi, Z. Yao, H. Shen, and J. Hu, "Research on the mechanisms of laser forming for the metal plate", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 46, NO. 12-13, October 2006, pp. 1689 – 1697.
[7] M. Hoseinpour, H. Moslemi, G. H. Liaghat, M. J. Torkamany, S. Jelvani, and V. Panahizade, "An experimental study of sheet metal bending by pulsed Nd: YAG laser with DOE method", International Journal of Material Forming, Vol. 1, NO. 1, April 2008, pp. 137 – 140.
[8] حمد حسین پورگللو، حسن مسلمی نائینی، غلامحسین لیاقت و سعید جلوانی ، "مطالعه تحلیلی و تجربی پارامترهای موثر در
فرآیندخمش ورق های فلزی با لیزر"، مهندسی مکانیک مدرس ، دوره 10 ، شماره 3 ، 1389 ، صفحه 67 - 86 .
[9] D. Wu, Q. Zhang, G. Ma, Y. Guo, and D. Guo, "Laser bending of brittle materials", Optics and Lasers in Engineering, Vol. 48, NO. 4, April 2010, pp. 405 – 410.
[10] K. Maji, D. K. Pratihar, and A. K. Nath, " Laser forming of a dome shaped surface: Experimental investigations, statistical analysis and neural network modeling ", Optics and Lasers in Engineering, Vol. 53, February 2014, pp. 31 – 42.
[11] Z. Ji, and S. Wu, "FEM simulation of the temperature field during the laser forming of sheet metal", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 74, NO. 1-3, February 1998, pp. 89 – 95.
[12] C. Liu, and Y. Yao, "FEM-Based Process Design for Laser Forming of Doubly Curved Shapes", Journal of Manufacturing Processes, Vol. 7, NO. 2, January 2005, pp. 109 – 121.
[13] H. Shen, Z. Yao, and J. Hu, "Numerical analysis of metal/ceramic bi-layer materials systems in laser forming", Computational Materials Science, Vol. 45, 2009, pp. 439 – 442.
[14] M. Hoseinpour, S. M. Mahdavian, and H. Moslemi, "Statistical analysis of parameter effects on bending angle in laser forming process by pulsed Nd: YAG laser", Optics & Laser Technology, Vol. 43, NO. 3, April 2011, pp. 363 – 367.
[15] S. Chakraborty, V. Racherla, and A. Nath, "Parametric study on bending and thickening in laser forming of a bowl shaped surface", Optics and Lasers in Engineering, Vol. 50, NO. 11, November 2012, pp. 1548 – 1558.
[16] J. Hu, D. Dang, H. Shen, and Z. Zhang, "A finite element model using multi-layered shell element in laser forming", Optics & Laser Technology, Vol. 44, NO. 4, June 2012, pp. 363 – 367.
[17] محمد حسین پور، مسعود عباس زاده و ایرج میرزایی، " مدل سازی هندسی فوم های فلزی سلول بسته به روش تولید سلول های
اتفاقی "، مجله مهندسی مکانیک مدرس ، دوره 14 ، شماره 3 ، 1393 ، صفحه 129 - 135 .
[18] D. M. Stefanescu, G. Krauss, and G. F. Vander Voort, "ASM Handbook Volume 1: Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys", 10th Edition, ASM International, August 1990.