تاثير پارامترهاي فرآيندي بر مقدار خمش در فرآيند شكل‌دهي با ليزر و تعيين رابطه ي پيش‌بيني زاويه ي نهايي خم

Effects of process parameters on bending magnitude in laser forming and determine an equation to predict bending angle

فرآيند شكل‌دهي با استفاده از ليزر از جمله فرآيندهاي شكل‌دهي حرارتي است كه در آن، از پرتو ليزر به عنوان عامل شكل‌دهي استفاده مي‌شود. در اين فرآيند، تشكيل گراديان دمايي در راستاي ضخامت ورق باعث ايجاد خمش نهايي مي‌شود. تاكنون، بيشتر مطالعه‌هاي انجام‌شده متمركز بر شكل‌دهي انواع مختلف فولاد مي‌باشد. درحالي‌كه فرآيند شكل‌دهي با ليزر در ساير مواد فلزي و غيرفلزي، نظير آلياژهاي آلومينيوم، نيز قابل استفاده است. انعكاس سطحي بالاي پرتو ليزر و ضريب هدايت حرارتي بزرگ آلياژهاي آلومينيوم ازجمله عواملي‌اند كه استفاده از اين فرآيند براي آلومينيوم و آلياژهاي آن ‌را، درمقايسه با قطعات فولادي، پيچيده‌تر و سخت‌تر است. در اين مقاله، با استفاده از شبيه‌سازي فرآيند شكل‌دهي با ليزر توسط نرم‌افزار اجزاي محدود، تاثير پارامترهاي مختلف فرآيندي نظير توان ليزر، سرعت اسكن، قطر پرتو، و ضخامت ورق بر زاويه ي خمش نهايي در ورق‌هاي آلومينيوم بررسي مي‌شود. به‌منظور صحت‌سنجي شبيه‌سازي‌هاي فرآيند، مقايسه نتايج عددي با آزمايش‌هاي تجربي، كه در آن از پارامترهاي فرآيندي يكسان استفاده شده، انجام شده است. اين مقايسه تطابق بسيار خوبي بين نتايج شبيه‌سازي و نتايج تجربي نشان مي‌دهد. درانتها، با بهره‌گيري از طراحي آزمايش به شيوه ي عاملي كامل، رابطه‌اي جهت پيش‌بيني زاويه نهايي برحسب پارامترهاي ذكر شده ارايه مي‌گردد.

Laser Forming (LF) process is one of the thermal forming processes; which uses laser beam irradiation as a forming factor. In this process, temperature gradient along the sheet thickness produces the final bending angle. So far, various investigations are carried out on laser forming of low carbon steel sheets. However, LF process can be utilised in other metallic and non-metallic sheets. High surface reflectivity and thermal conductivity of aluminium sheets, compared to steel sheets, make them more difficult and more complicated to be laser formed than that of steel sheets. In this Article, using LF process simulation with the finite element software, effects of several process parameters such as laser power, scan speed, laser beam diameter and sheet thickness on final bending angle are investigated. Numerical results are validated with the same parameter assigned experimental results. This comparison shows a very good accordance between simulation and experimental results. Also, an equation is derived to predict the final bending angle correspond to the variations of mentioned parameters. This is derived by the use of Design of Experiment (DOE) and full factorial approach.