کاهش زاویه خمش در اثر افزایش قطر پرتو آن است که با فرض ثابت ماندن توان پرتو، انرژی حرارتی لیزر در سطح بزرگتری توزیع می شود. به عبارت دیگر، با بزرگ شدن قطر پرتو، شدت انرژی موثر وارد بر ورق کاهش یافته و در نتیجه، مقدار زاویه خمش نیز کمتر می شود.

الف- تاثير توان ليزر بر زاويه خم

ب- تاثير سرعت اسكن ليزر بر زاويه خم

پ- تاثير قطر پرتو ليزر بر زاويه خم

ت- تاثير ضخامت ورق بر زاويه خم
شكل5-9 : رابطه بين عوامل ورودي و پاسخ (شكلهاي الف تا ت)

5-7-4- تحلیل واریانس نتایج شبیه سازی
همچنان که پیش از این اشاره شد، از نمودارهای شکل 5-9 برای نتیجه گیری قطعی استفاده
نمی شود. به منظور تایید اثرات عوامل نشان داده شده عوامل، از تحلیل واریانس استفاده می شود. نمودار احتمال نرمال مقادیر باقیمانده در شکل 5-10 آورده شده است. پراکندگی نقاط آزمایش در اطراف خط مورب، پیروی نتیجه طراحی آزمایش صورت گرفته از مدل توزیع نرمال را نشان می دهد. نمودار مقادیر باقیمانده در برابر نقاط برازش یافته در شکل 5-11 مشخص شده است. پراکندگی نقاط طراحی و عدم وجود یک ساختار منظم در نقاط این نمودار نشان دهنده ثابت بودن واریانس است.

5-10: نمودار احتمال نرمال به مقادیر باقیمانده

5- 11: نمودار مقادیر باقیمانده در برابر مقادیر برازش یافته
شکل 5-10 و شکل 5-11 صحت فرضهای تحلیل واریانس را نشان می دهد. تحلیل واریانس مربوط به مدل 2FI طرح عاملی کامل در جدول 5-10 آورده شده است. مقادیرP Value مدل که کمتر از 0.0001 است، نشان دهنده معنی دار بودن مدل مورد استفاده است. همانطوری که پیش از این اشاره شد سطح اطمینان در این تحقیق برابر 95% انتخاب شده است. به عبارت دیگر،مقدار P Valueکمتر از 0.05 نشان دهنده تاثیر معنی دار متغیر بر زاویه خمش است. بنابراین،مقایسه مقادیر P Value در جدول 5-10 نشان می دهد که پارامترهای A B C D BC CD AD AC BD دارای اثرات معنی دار بر پاسخ اند. هرچند، اثر بی معنی پارامترها مربوط به حالتی است که مقدار P Valueبزرگتر از 0.1 باشد. .[44] بنابراین، تمام جملات مدل 2FI، دارای تاثیر معنی دار بر متغیر پاسخ می باشد.

جدول 5-10 : تحلیل واریانس مدل 2FI
P Value
F Value
Mean Squares
df
Sum of Squares
Source
0.0001˂
473.24
0.48
32
15.47
Model
0.0001˂
933.21
0.95
2
1.91
A-Power
0.0001˂
90.15
0.092
2
0.18
B-Velocity
0.0001˂
988.59
1.01
2
2.02
C- Diameter
0.0001˂
4685.81
4.79
2
9.58
D- Thickness
0.0645
2.38
0.002434
4
0.009734
AB
0.0001˂
57.06
0.058
4
0.23
AC
0.0001˂
165.36
0.17
4
0.68
AD
0.0002
6.73
0.006874
4
0.027
BC
0.0001˂
20.56
0.021
4
0.084
BD
0.0001˂
163.66
0.17
4
0.67
CD

0.001022
48
0.049
Residual

0.001044
47
0.049
Lack Of Fit

0
1
0
Pure Error

80
15.52
Cor Total

5-7-5- تعیین رابطه نهایی زاویه خمش
اکنون که صحت مدل استفاده شده مورد تائید واقع شده است، میتوان رابطه زاویه خمش در ورقهای آلومینیوم که توسط این مدل پیش بینی می شود را قابل اطمینان دانست. بنابراین در رابطه 5-6، زاویه زاویه خمش عبارت است از:
αb =-0.25-0.2×A[1]+0.026× A[2]+0.06× B[1]+0.000624× B[2]+0.18× C[1]+0.033× C[2]+0.41× D[1]+0.027× D[2]+0.017× A[1]B[1]
-0.007127× A[2]B[1]+0.002639× A[1]B[2]+0.001254× A[2]B[2]
+0.08× A[1]C[1]-0.009463× A[2]C[1]+0.012× A[1]C[2]-0.0008796× A[2]C[2]+0.16× A[1]D[1]-0.011× A[2]D[1]-0.046× A[1]D[2]+0.007513× A[2]D[2]-0.027× B[1]C[1]-0.00269× B[2]C[1]+0.00544× B[1]C[2]-0.00423× B[2]C[2]-0.056× B[1]D[1]+0.003208× B[2]D[1]+0.021× B[1]D[2]+0.001199× B[2]D[2]-0.13× C[1]D[1]-0.021× C[2]D[1]+0.014× C[1]D[2]-0.001909× C[2]D[2]
تعریف نماد گذاری استفاده شده در رابطه 5-6 در جدول 5-11 آورده شده است. یعنی اگر مقدار متغیر اول که در اینجا توان لیزر است برابرسطح پایین آن یعنیW 1125 باشد طبق اطلاعات جدولA[1]=1 A[2]=0 خواهد بود. اگر متغیر اول برابر سطح میانی آن یعنی1250W انتخاب شودA[1]=0 , A[2]=1 خواهد بود. حال اگر مقدار توان لیزر در گستره سطح پایین و سطح میانی انتخاب شود مقدار A[1] و A[2] از یک میان یابی خطی ساده به دست می آید. به عنوان مثال به ازای A=1200W، مقادیر A[1]=0.4 و A[2]=0.6خواهد بود.سایر مقادیر و سایر عوامل به طریق مشابه تعریف می شود.

جدول 5-11 : مقادیر کدبندی شده عامل A
A[2] A[1]
0 1 Level1
1 0 Level 2
-1 -1 Level 3

در شکل 5-12 نمودار مقادیر پیش بینی شده توسط رابطه 5-6 به مقادیر واقعی نشان داده شده است. هرچه قدر فاصله نقاط نسبت به خط نیمساز بیشتر باشد، پیش بینی دقیق تر مدل را نشان می دهد. همچنان که از شکل مشخص است، پراکندگی این نقاط در اطراف خط 45 درجه، دقت مناسب پیش بینی زاویه خم توسط این مدل را نشان می دهد.

شکل 5-12 : نمودار مقادیر پیش بینی شده به مقادیر واقعی آزمایش

5-8- وقوع خمش منفی
یکی از موارد مهم در فرآیند خمکاری با پرتو لیزر و استفاده از ساز و کار شیب دمایی، وقوع یک خمش منفی در ابتدای فرآیند است. همچنان که در بخش2-3-1 اشاره شد، در مرحله اول از ساز وکار و شیب دمایی، به دلیل انبساط حرارتی بیشتر ورق در سطح بالای، که ناشی از اختلاف درجه حرارت در راستای ضخامت ورق می باشد، خمش منفی در قطعه کار به وجود می آید. این نتیجه در نتایج حاصل از شبیه سازی عددی قابل مشاهده است. جابجایی انتهای آزاد ورق آلومینیوم با ضخامت 4mm، که تحت تابش پرتو لیزربا توان1250W و سرعت اسکن 1m/min قرار گرفته در شکل 5-13 نشان داده شده است. همچنان که از شکل مشخص است، تا ثانیه 0.393 از ابتدای فرآیند، جابجایی انتهای آزاد ورق در محدوده منفی قرار دارد. هرچند، در ادامه و با شروع مرحله سرمایش، این خمش منفی از بین می رود ودر نهایت، خمش نهایی ورق به سمت تابش پرتو لیزر خواهد بود.

شکل 5-13: جابجایی لبه آزاد ورق ( خمش منفی در ابتدای فرایند مشخص می باشد)

5-9- فرآیند شکل دهی با استفاده از پرتو لیزر به همراه نیروی کمکی
ورق آلومینیوم در فرآیند شکل دهی با استفاده از لیزر به همراه نیروی کمکی، طی 35 پاس به اندازه 90 درجه خم شد[24]. به عبارت دیگر، مقدار متوسط زاویه خم در هر پاس 2.57 درجه می باشد. به منظور بررسی مقدار سهم تابش پرتو لیزر و اعمال نیروی خارجی در شکل دهی نهایی، شبیه سازی عددی سه پاس ابتدایی فرآیند شکل دهی با لیزر و فرآیند شکل دهی با لیزر به همراه نیروی کمکی، مطابق به شرایط آزمایش، انجام شده است. جابجایی لبه آزاد ورق و همچنین زاویه خمش در حین این دو فرآیند، به ترتیب، در شکل 5-14 و شکل 5-15 نشان داده شده است. از روی نمودارها مشخص می شود که در پاس های ابتدایی فرآیند، تنها حدود یک سوم شکل دهی نهایی ورق در فرآیند شکل دهی به همراه نیروی کمکی، حاصل از اعمال نیروی خارجی بوده و بقیه ناشی از تابش پرتو لیزر می باشد. در واقع، تابش پرتو لیزر باعث افزایش موضعی درجه حرارت در محل تابش و کاهش موضعی استحکام مکانیکی آن می شود. بنابراین، اضافه کردن یک نیروی خارجی می تواند در افزایش زاویه خمش تاثیر گذار باشد.

5-14 : جابجایی لبه آزاد ورق در فرآیند شکل دهی با / بدون نیروی کمکی

5-15: زاويه خم ورق در فرآيند هاي شكل دهي با/ بدون نيروي كمكي

5-10- بررسی عددی تاثیر برخی از متغیرهای آزمایش
5-10-1 – اثر نرخ تغذیه
نتایج تجربی و شبیه سازی در بخشهای گذشته نشان می دهد که با افزایش نرخ تغذیه، در محدوده کاری رایج، مقدار زاویه خمش کاهش پیدا می کند. این مساله به کاهش مقدار انرژی حرارتی اعمال شده در واحد طول ورق، به ازای افزایش نرخ تغذیه نسبت داده شد. هرچند، نتایج شبیه سازی انجام شده نشان می دهد که با کاهش نرخ تغذیه، مقدار نهایی شکل دهی دارای یک مقدار بهینه است. این مقدار بهینه برای حالتی که از لیزر با قطر6mm و توان لیزر1250W برای خمش ورق آلومینیوم به ضخامت 4mm استفاده شده است برابر1.7m/min می باشد. در واقع، با کاهش بیش از حد نرخ تغذیه، حرارت لیزر در بازه طولانی تری بر ورق وارد می شود. در نتیجه، در اثر رسانش حرارتی، اختلاف دمایی ورق در راستای ضخامت، که عامل اصلی شکل دهی در روش شیب دمایی است، کمتر می شود. شکل 5-16، نمودار جابجایی لبه آزاد ورق به ازای تغییرات نرخ تغذیه را نشان می دهد.

شکل 5- 16 : نمودار جابجایی لبه آزاد به ازای نرخ تغذیه

5-10-2- اثر مقدار زمان توقف در شکل دهی چند پاسه با لیزر
یکی از عوامل موثر بر مقدار زاویه خم نهایی در شکل دهی چند پاسه با استفاده از لیزر مقدار زمان توقف می باشد. زمان توقف به فاصله زمانی بین پاسهای متوالی لیزرگفته می شود.به طور کلی، انباشتگی حرارت لیزر در قطعه پس از انجام هر پاس تابشی، بر میزان شکل دهی در پاس های بعدی تاثیر گذار است. حرارت باقیمانده در قطعه دارای دو اثر متفاوت است:
با کاهش ویژگیهای مکانیکی ماده نظیر استحکام به شکل دهی بیشتر کمک می کند. در واقع، یک قطعه گرم راحت تر از قطعه سرد شکل می گیرد.
دمای اولیه ماده افزایش می یابد. بنابراین، شیب حرارتی ایجاد شده در پاس های بعدی کاهش یافته، مقدار شکل دهی نیز کمتر می شود. [14]
برای بررسی اثر زمان توقف بر مقدار زاویه خم نهایی ورق در فرآیند شکل دهی دو پاسه با لیزر، شش فرآیند با زمان توقف 0 Sec تا 250 Sec، با گام زمانی 50 Sec ، مورد بررسی قرار گرفته است. نمودار مقدار زاویه خم به ازای مدت زمان توقف در شکل5-17 نشان داده شده است. همچنین، بیشینه دمای ورق در ابتدای پاس دوم در شکل 5-18 نشان داده شده است. از شکل5-18مشاهده می شود که بعد از اعمال زمان توقف بین دو پاس لیزر، بیشینه دمای قطعه در ابتدای شروع پاس دوم به شدت افت می کند. افت دمای یاد شده باعث می شود که با شروع پاس دوم، و اعمال حرارت دهی مجدد لیزر که باعث افزایش قابل توجه حرارت موضعی سطح ورق می شود، یک شیب دمایی قابل توجه در راستای ضخامت ایجاد شود و مقدار زاویه خمش نهایی افزایش یابد (شکل 5-18 ). با افزایش زمان دمای توقف، شیب تغییرات بیشینه دما کمتر می شود که به کاهش شیب افزایش زاویه خمش منجر می شود. این پدیده، به خصوص، در زمان توقف200 Sec محسوس است. با افزایش بیشتر زمان توقف، که اثر چندانی برشیب دمایی ورق ندارد، اثر اول حرارتی یاد شده غالب می شود وبه علت سردتر بودن دمای قطعه و سخت تر شدن نسبی شکل دهی، زاویه خمش شروع به افت تدریجی می نماید.

5-17 : نمودار زاویه خمش به ازای مدت زمان توقف

5-18: نمودار بیشینه دمای ورق به ازای مدت زمان توقف

5-10-3- بررسی نوع استراتژی اسکن پرتو
سه نوع استراتژی مرسوم اسکن پرتو لیزر در فرآیند چند پاسه شکل دهی با لیزر وجود دارد. این سه استراتژی عبارتنداز: اسکن مستقیم، اسکن متناوب و اسکن خط چینی. در روش اسکن مستقیم، به ازای پاسهای متوالی، پرتو لیزر فقط از یک سو وارد قطعه می شود و سطح آن را اسکن می نماید. در روش متناوب، پرتو لیزری از همان جهتی که از قطعه خارج شده، برای اسکن بعدی وارد قطعه
می گردد. در روش خط چینی، مسیر پرتو لیزر به تعداد مشخصی مسیر کوتاهتر تقسیم شده و اسکن پرتو به صورت خط چینی انجام می گیرد. شماتیک این سه استراتژی در شکل 5-19 نشان داده شده است.

5-19: استراتژی های مختلف اسکن پرتو لیزر a) ) مستقیم; b) )

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید