مطالعه تأثیر پارامترهای فرآیندی و بهینه‌سازی زاویه خم در خم‌کاری با لیزر به روش سطح پاسخ

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 1، دوره 36، شماره 1 - شماره پیاپی 35، اردیبهشت 1403، صفحه 1-24   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2023.82668.1185

نویسندگان

علی اکبر اصغرپور؛ محمد بخشی جویباری^* ؛ حمید گرجی

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

فرآیند شکل‌دهی با لیزر، یک موضوع تحقیقاتی و صنعتی نسبتاً جدید است. مواد استفاده‌شده در پژوهش‌های انجام شده از سوی محققان، نوعاً تیتانیم، منیزیم، فولاد و آلیاژهای آن بوده است. آلیاژهای آلومینیوم به دلیل داشتن انعکاس سطحی بالای پرتو لیزر و ضریب جذب پایین‌، کمتر مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. در این تحقیق، ابتدا نحوه و میزان ﺗﺄﺛﻴﺮ پارامترهای مختلف فرآیندی بر روی زاویه خم در فرآیند خم‌کاری با لیزر ورق آلومینیوم 6061 به روش تجربی و شبیه‌سازی اجزای محدود بررسی شد. سپس، به‌منظور دست‌یابی به حداکثر زاویه خم، تمام پارامترها به روش سطح پاسخ (RSM) بهینه‌سازی شدند. علاوه بر این، تکرارپذیری فرآیند به همراه صحت و اعتبار شبیه‌سازی با اندازه‌گیری دقیق زاویه خم با انجام آزمایش تجربی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داده است که ضخامت ورق بیشترین تأثیر را بر زاویه خم دارد، به‌طوری‌که با افزایشmm 1 در ضخامت ورق، مقدار زاویه خم 77% کاهش می‌یابد. همچنین با بهینه‌سازی پارامترها، حداکثر زاویه خم 911/4 درجه به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

خم‌کاری با لیزر؛ بهینه‌سازی؛ زاویه خم؛ شبیه‌سازی اجزای محدود (FEM)؛ روش سطح پاسخ (RSM)

مراجع

[1] M. Geiger, F. Vollertsen, and G. Deinzer, "Flexible straightening of car body shells by laser forming", SAE Technical Paper, 1993. https://doi.org/10.4271/930279

[2] Y. Shi, H. Shen, Z. Yao, and J. Hu, "Numerical investigation of straight-line laser forming under the temperature gradient mechanism", Acta Metallurgica Sinica (English Letters), vol. 19, no. 2, pp. 144-150, 2006. https://doi.org/10.1016/S1006-7191(06)60036-7

[3] W. Shichun, and Z. Jinsong, "An experimental study of laser bending for sheet metals", Journal of Materials Processing Technology, vol. 110, no. 2, pp. 160-163, 2001. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(00)00860-8

[4] Z. Hu, R. Kovacevic, and M. Labudovic, "Experimental and numerical modeling of buckling instability of laser sheet forming", International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 42, no. 13, pp. 1427-1439, 2002. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(02)00075-5

[5] Y. Guan, H. Zhang, J. Liu, and S. Sun, "Laser micro-bending process based on the characteristic of the laser polarization", Journal of Materials Processing Technology, vol. 212, no. 3, pp. 662-671, 2012. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2011.07.010

[6] M. Geiger, and F. Vollertsen, "The mechanisms of laser forming", CIRP Annals, vol. 42, no. 1, pp. 301-304, 1993. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)62448-2

[7] Y. Namba, "Laser forming in space", in: Proceedings of the International Conference on Lasers' 85, Las Vegas, NV; 2-6 Dec, pp. 403-407, 1986.

[8] M. Riahi, M. Hoseinpour Gollo, and S. Nader Ameli Kalkhoran, "Experimental and numerical study of heat flux distribution in laser forming of bi-layer sheets", Journal of Computational & Applied Research in Mechanical Engineering (JCARME), vol. 4, no. 1, pp. 67-79, 2014. https://doi.org/10.22061/jcarme.2014.73

[9] Y. Guan, S. Sun, G. Zhao, and Y. Luan, "Influence of material properties on the laser-forming process of sheet metals", Journal of Materials Processing Technology, vol. 167, no. 1, pp. 124-131, 2005. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.10.003

[10] M. Safari, and H. Mostaan, "Experimental and numerical investigation of laser forming of cylindrical surfaces with arbitrary radius of curvature", Alexandria Engineering Journal, vol. 55, no. 3, pp. 1941-1949, 2016. https://doi.org/10.1016/j.aej.2016.07.033

[11] M. H. Gollo, S. M. Mahdavian, and H. M. Naeini, "Statistical analysis of parameter effects on bending angle in laser forming process by pulsed Nd: YAG laser", Optics & Laser Technology, vol. 43, no. 3, pp. 475-482, 2011. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2010.07.004

[12] S. Mulay, V. Paliwal, and N. R. Babu, "Analytical approach to predict the bend angle of sheet formed by multiple laser scans", Procedia CIRP, vol. 99, pp. 272-277, 2021. https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.03.040

[13] R. Boonpuang, M. Mongkolwongroj, A. Sakulkalavek, and R. Sakdanuphab, "Empirical modeling and optimization of laser bending process parameters using the central composite design method for HDD slider PSA/RSA adjustment", Lasers in Manufacturing and Materials Processing, vol. 7, pp. 290-304, 2020. https://doi.org/10.1007/s40516-020-00122-2

[14] A. Behera, P. S. Sahu, and S. K. Patel, "Application of Taguchi methodology for optimization of process parameters in laser bending of Al sheet", Materials Today: Proceedings, vol. 26, pp. 2323-2327, 2020. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.02.500

[15] K. Venkadeshwaran, S. Das, and D. Misra, "Bend angle prediction and parameter optimisation for laser bending of stainless steel using FEM and RSM", International Journal of Mechatronics and Manufacturing Systems, vol. 5, no. 3-4, no. 3-4, pp. 308-321, 2021. https://doi.org/10.1504/IJMMS.2012.048237

[16] E. G. Zahrani, and A. Marasi, "Modeling and optimization of laser bending parameters via response surface methodology", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 227, no. 7, pp. 1577-1584, 2013. https://doi.org/10.1177/0954406212461119

[17] A. H. Roohi, H. Moslemi Naeini, and M. Hoseinpour Gollo, "An experimental investigation of parameters effect on laser forming of Al6061-T6 sheets", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, vol. 231, no. 5, pp. 433-442, 2015. https://doi.org/10.1177/1464420715599181

[18] A. H. Roohia, H. Moslemi Naeini, M. Hoseinpour Gollo, J. Shahbazai Karimi, and Sh. Imani shahabad, "Effects of temperature gradient magnitude on bending angle in laser forming process of aluminium alloy sheets", Journal of Computational and Applied Research in Mechanical Engineering (JCARME), vol. 5, no. 2, pp. 97-109, 2016. https://doi.org/10.22061/jcarme.2016.423

[19] S. E. Khandandel, S. M. H, Seyedkashi, and M. Moradi, "A novel path strategy design for precise 2D and 3D laser tube forming process; experimental and numerical investigation", Optik, vol. 206, pp. 164302, 2020. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.164302

[20] S. E. Khandandel, S. M. H. Seyedkashi and M. Moradi, "Numerical and experimental analysis of the effect of forced cooling on laser tube forming", Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, vol. 43, no. 7, pp. 338, 2021. https://doi.org/10.1007/s40430-021-03063-9

[21] M, A, Bhatti, "Fundamental finite element analysis and applications: with Mathematica and Matlab computations", 2005.

[22] J. Zimmerman, W. Wlosinski, and Z. R. Lindemann, "Thermo-mechanical and diffusion modelling in the process of ceramic–metal friction welding", Journal of Materials Processing Technology, vol. 209, no. 4, pp. 1644-1653, 2009. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.04.012

[23] E. G. Zahrani, and A. Marasi, "Experimental investigation of edge effect and longitudinal distortion in laser bending process", Optics & Laser Technology, vol. 45, pp. 301-307, 2013. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2012.06.031

[24] R. H. Myers, D. C. Montgomery, and C. M. Anderson-Cook, “Response surface methodology: process and product optimization using designed experiments,” John Wiley & Sons, 2016.

[25] D. C. Montgomery, “Design and analysis of experiments”, John wiley & sons, 2017.