توضیحات

عنوان: پارامترهای موثر در شکل دهی لیزری (Laser Forming)

مقدمه
مکانیزمهای مختلف در فرآیند شکل دهی لیزری
شکلهای تولید شده با استفاده از فرآیند لیزر فورمینگ
تحلیلهای عددی
مدلهای حرارتی
مدلهای اساسی برای سه مکانیزم
اسکنهای متوالی
پیش بار
اثرات لبه
منابع

مقدمه

کار با ورقهای فلزی و ساخت مصنوعات و کالاهای فلزی، قرنها است که به صورت یک صنعت و پیشه مستقل در آمده است. پیشرفت و بهبود بیشتر در صنعت ورقکاری فلزی و درنتیجه اتوماتیک شدن روشهای ساخت، باعث استفاده از روشها و وسایل جدید و متنوعتری در این صنعت گردیده است که در پی آن از دخالت شخص کم شده و قطعهکار دقت و ظرافت بیشتری پیدا میکند. از طرفی، با توجه به مشخصه هر فلز مانند قیمت، در دسترس بودن و یا کمیاب بودن و ویژگیهای متالورژیکی باید به دنبال مناسبترین روش برای شکل دادن آن فلز بود]1[.

بررسی شکلپذیری ورقهای فلزی و حد تحمل پارگی یک فلز در مسیرهای مختلف بارگذاری، معمولاً با استفاده از منحنیهای حد شکلپذیری یا FLD[1] انجام میگیرد. این منحنیها ترکیب کرنشهایی را که یک ورق میتواند تحمل کند، نشان داده و یک مرز بحرانی برای گلویی شدن موضعی و یا پارگی به دست میدهند. در واقع منحنیهای حد شکل پذیری، نواحی ایمن و نواحی منجر به خطر پارگی را از یکدیگر جدا میکنند]2[.

در شمار زیادی از روشهای شکلدهی از نوع مکانیکی، وجود ابزار، قالب و نیروی خارجی در الزامی میباشد]34[. این خود باعث محدودیت فرآیند و افزایش هزینههای جانبی پروسه خواهد بود. در مقابل اینها، میتوان به روشهای شکل دهی حرارتیمکانیکی مانند شکلدهی با مشعل اکسی استیلن و لیزر فورمینگ اشاره کرد. شکلدهی با مشعل اکسی استیلن دارای معایبی مانند قابلیت اتوماسیون کم، دقت نامناسب و نیاز مهارت بالای اپراتور میباشد]5[.

شكلدهي ورقهاي فلزي با استفاده از ليزر كه در سالهاي اخير به طور گستردهاي مورد توجه قرار گرفته، ميتواند جايگزين بسيار خوبي براي برخي از روشهاي شكلدهي باشد. توانايي شكلدهي قطعات با استحكام بالا، افزايش حدود شكلدهي، كيفيت مناسبتر قطعات توليدي، سادهتر شدن و عدم استفاده از مجموعهي ابزار، انعطافپذيري سيستم، قابليت اتوماسيون خوب توام با ساير روشهاي ليزري مثل برش و جوشكاري از جمله مزيتهاي قابل توجه اين روش در مقايسه با فرآيندهاي شكلدهي سنتي است. اين مزيتها عمدتاً ناشي از كاربرد پرتو ليزر به عنوان بخشي از ابزار تغيير شكل در فرآيند ميباشد. در ادامه، به بررسی مزایا و معایب این فرآیند و پارامترهای تاثیرگذار در آن پرداخته شده است. انجام پروژه متلب

مکانیزمهای مختلف در فرآیند شکل دهی لیزری

اساس کار بر مبنای ایجاد تنش حرارتی توسط تشعشع پرتوی لیزر در ورق بوده و در بر گیرنده مجموعهای پیچیده از پارامترها شامل خصوصیات پرتو لیزر، مانند توان، طول موج، قطر و سرعت حرکت لیزر و خواص حرارتی و مکانیکی قطعه، مانند ضریب جذب و ضریب انتقال حرارت هدایتی میباشد ]6[ و ]7 [.

مهمترین حسن تولیدات غیر انبوه قطعات به این روش نسبت به روشهای سنتی، انعطافپذیری و کاهش هزینه و زمان تولید قطعه میباشد]8[. در این فرآیند به دلیل عدم استفاده از قالب و ابزار، هزینه این ادوات از مخارج کاسته شده است. از طرفی، با استفاده از لیزر میتوان نقاطی را که دسترسی کمتری جهت بکارگیری روشهای سنتی دارند را نیز شکل داد. شکلدهی قطعات پیچیده و آلیاژهای ترد نیز از دیگر مزایای این فرآیند نوین میباشد] 9[.

فرآیند شکلدهی فلزات با استفاده از پرتوی لیزر، تغییر شکل پلاستیکی میباشد که به وسیله تنش حرارتی منتج شده از یک سیکل گرمایی غیرخطی بوجود آمده است. بر خلاف روشهای شکلدهی مکانیکی، در این فرآیند به هیچگونه ابزار سخت و یا نیروی خارجی نیاز نخواهد بود و به همین علت تاثیرات برگشت فنری وجود نخواهد داشت. با در نظر گرفتن شرایط کاری لیزر، اندازه قطعهکارها و موارد دیگر، تاکنون مکانیزمهایی جهت تعریف رفتار حرارتی مکانیکی[2] فرآیند لیزرفورمینگ شناسایی معرفی گردیدهاند. اگرچه تمام این فاکتورهای مکانیکی و حرارتی به طور کامل درک نشدهاند، اما با گسترش علم در زمینه فرآیند لیزر فورمینگ، توانایی این فرآیند در زمینه های صنعتی مانند هوافضا، کشتیسازی و میکرو الکترونیک بیشتر مشاهده میشود.

منابع

ی. بوخنا، “صنعت ورقکاری، روشهای ساخت و تولید”، انتشارات علمی و فنی، 1379.
عبدالحسین جلالی آقچاي، محمود شاکري، و بیژن ملایی داریانی، “بررسی تاثیر خصوصیات هندسی لایهها بر شکلپذیري ورقهاي دولایه فلزي، “دهمین کنفرانس مهندسی ساخت و تولید ایران – ICME2010” ، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران، اسفند 1388.
Mori, K. Akita, and Y. Abe, “Springback Behavior in bending of ultra-high-strength steel sheets using CNC servo press”, International Journal of Machine Tools & Manufacture 47, 2007, pp. 321-325.
Feng Gong, Bin Guo, Chunju Wang, and Debin Shan, “Micro deep drawing of micro cups by using DLC film coated blank holders and dies”, Diamond & Related Materials 20, 2011, pp. 196-200.
محمد حسینپور گللو، حسن مسلمی نائینی، غلامحسین لیاقت، و سعید جلوانی، “پیشبینی زاویه خمش در شکلدهی لیزری فلزات با استفاده از محدوده تغییرات ریز ساختاری ایجاد شده”، مجله مکانیک و هوافضا (ساخت و تولید)، جلد 5، شماره 3، پاییز 88، از صفحه 1 الی 11.
J. Cheng, S.C. Lin, Journal of Materials Processing Technology 108 (2001), 314–319.
Yu, R.J. Anderson, T. Maekawa, N.M. Patrikalakis, International Journal of Mechanical Sciences 43 (2001) 2349–2370.
Mucha, J. Widłaszewski, M. Cabaj, R. Gradon´, Archives of Thermodynamics (2) 24, pp. 89-105, (2003).
Cheng, Y.L. Yao, C. Liu, D. Pratt, Y.J. Fan, Journal of Manufacturing Processes 7 (1), pp. 28-41, 2005.
Namba, “Laser forming of mrtal and alloys”, Proceeding of LAMP, 1987, pp. 37-44.
Dearden, S.P. Edwardson, “Journal of Optics A: Pure and Applied Optics” 5(2003) S8–S15.
Geiger, F. Vollertsen, CIRP Annals 42 (1993) 301–304.
Vollertsen, T. Pretorius, “Thermal bending: history and perspectives”, in: F. Vollertsen, T. Seefeld (Eds.), Thermal Forming, BIAS, Bremen, 2005, pp. 1–19.
Namba, “Laser forming in space”, Proceedings of International Conference on Lasers, Las Vegas, 1985, pp. 403-407.
Jun Hu, Hebing Xu, and Dongxian Dang, “Modeling and reducing edge effects in laser bending”, Journal of Materials Processing Technology 213, 2013, pp. 1989-1996.
Daniel F. Walczyk, and Sameer Vittal, “Bending of Titanium Sheet Using Laser Forming”, Journal of Manufacturing Processes, 2000, Vol. 2, No. 4, pp. 258-269.
Vollertsen, “Mechanisms and models for laser forming”, Proceedings of the LANE, 1994, pp. 345-359.
Magee, “Laser bending of high strength alloys”, Journal of Laser Applications, 1998, pp. 149-155.
Thomson and M. S.Pridham, “Controlled laser forming for rapid prototyping”, Rapid Prototyping Journal, 1997, pp. 137-143.
Olowinsky, and L. Bosse, “Laser beam micro forming as a new adjustment technology using dedicated actuator structures”, Proceedings of SPIE, 2003, pp. 285-294.
Stuart Paul Edwardson, “A Study into the 2D and 3D Laser Forming of Metallic Components”, PhD Thesis, Department of Engineering, University of Liverpool, Liverpool, UK, 2004.
Hyung- Chul JUNG, “A Study on Laser Forming Processes with Finite Element Analysis”, Doctor of Philosophy, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand, 2006.
Behler, E. Beyer, and G. Herziger, “Using the beam polarization to enhance the energy coupling in laser beam welding”, Laser Materials Processing, 1988, pp. 98-105.
Hennige, “Laser forming of spatially curved parts”, Proceedings of the LANE, 1997, pp. 409-420.
Magee, K. G. Watkins, and T. Hennige, “Symmetrical laser forming”, Proceedings of ICALEO, 1999, pp. 77-86.
Hao, and L. Li, “An analytical model for laser tube bending”, Applied Surface Science 208-209, 2003, pp. 432-436.
Hao, and L. Li, “Finite element analysis of laser tube bending process”, Applied Surface Science 208-209, 2003, pp. 437-441.
ZHANG Peng, YU Jingbo, and ZHENG Xiongfei, “Deformation Behaviors of Laser Forming of Ring Sheet Metals”, TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY, June 2009, pp.132-136.
Ji, S.C. Wu, Journal of Materials Processing Technology 74 (1998) 89–95.
J. Chen, S.C. Wu, Y.B. Xiang, M.Q. Li, Materials Science and Technology 18 (2)215-218 (2002).
Shen, Z.Q. Yao, Y.J. Shi, J. Hu, International Journal of Modeling, Identification and Controlling 2 (3) (2007) 241–249.
Vollertsen, M. Geiger, W. M. Li, FDM- and FEM-simulation of laser forming: a comparative study, in: Advanced Technology of Plasticity, Proceedings of the Fourth International Conference on Technology of Plasticity, 1993, pp. 1793– 1798.
Geiger, S. Holzer, F. Vollertsen, Laserstrahlbiegen – Simulation eines 3-dimensionalen, thermomechanischen Prozesses, Metal Forming Process Simulation in Industry, 1994, pp. 335–352.
Alberti, L. Fratini, F. Micari, Numerical simulation of the laser bending process by a coupled thermal mechanical analysis, in: Laser Assisted Net Shape Engineering, Proceedings of the LANE, vol. 1, 1994, pp. 327–336.
Alberti, L. Fratini, F. Micari, M. Cantello, G. Savant, Computer aided engineering of a laser assisted bending processes, in: Laser Assisted Net Shape Engineering 2, Proceedings of the LANE, vol. 2, 1997, pp. 375-382.
C. Hsiao, H. Shimizu, L. Firth, W. Maher, K. Masabuchi, Finite element modelling of laser forming, in: Proceedings of the International Congress on Applications of Lasers and Electro-optics (ICALEO’97), Section A, 1997, pp. 31-40.
Holzer, M. Arnet, M. Geiger, Physical and numerical modelling of the buckling mechanism, in: Laser Assisted Net Shape Engineering, Proceedings of the LANE, vol. 1, 1994, pp. 379–386.
C. Li, Y.L. Yao, Journal of Manufacturing Processes 3 (2) (2001) 73–81.
Hu, R. Kovacevic, M. Labudovic, International Journal of Machine Tools and Manufacture 42 (2002) 1427–1439.
Cheng, Y.L. Yao, Journal of Manufacturing Processes 3 (1) (2001) 60–72.
Cheng, Y.L. Yao, Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME 124 (2002) 379–388.
Shen, Y.J. Shi, Z.Q. Yao, Computational Materials Science 37 (3) (2006), pp. 239-245.
Shen, Y.J. Shi, Z.Q. Yao, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science 220 (4) (2006) 507–511.
J. Guan, S. Sun, G.Q. Zhao, Y.G. Luan, Journal of Materials Processing Technology 142 (2003) 400–407.
Liu, S. Sun, Y.J. Guan, Journal of Materials Processing Technology 209 (3) 1580-1587 (2009).
Q. Yao, H. Shen, Y.J. Shi, J. Hu, Computational Materials Science 40 (2007) 27–32.
Magee, K.G. Watkins, W.M. Steen, N. Calder, J. Sidhu, J. Kirby, Edge effects in laser forming, in: Laser Assisted Net Shape Engineering 2, Proceedings of the LANE, vol. 2, 1997, pp. 399–408.
Shen, J. Zhou, Y.J. Shi, Z.Q. Yao, J. Hu, Materials Science and Technology 23 (4), pp 483-486 (2007).
Shen, Z.Q. Yao, Analysis of varying velocity scanning schemes on bending angle in laser forming, in: International Workshop on Thermal Forming and Welding Distortion, 2008, pp. 215–227.