ی مدل……………………………………………………………………………………………………40
شکل 3-5 : کانتور توزیع دمایی ورق آلومینیوم در نرم افزارABAQUS …………………………………………45
شکل 3-6 : کانتور جابجایی ورق آلومینیوم در نرم افزارABAQUS…………………………………………………49
شکل 4-1 : نمونه های آزمایش ورق آلومینیوم…………………………………………………………………………………..53
شکل 4-2 : پوشش دهی گرافیتی ورق آلومینیوم………………………………………………………………………………..53
شکل 4-3 : دستگاه لیزر مورد استفاده در آزمایش تجربی………………………………………………………………….54
شکل 4-4 : ورقهای آلومینیوم در حین فرآیند شکل دهی با لیزر……………………………………………………….54
شکل 4-5 : دستگاه اندازه گیری CMM …………………………………………………………………………………………….55
شکل 4-6 : شکل مجموعه قید ساخته شده…………………………………………………………………………………………56
شکل 4-7 : مدار هیدرولیکی مکانیزم اعمال نیروی خارجی……………………………………………………………….56
شکل 4-8 : دستگاه لیزر مورد استفاده در آزمایش تجربی…………………………………………………………………..57
شکل 4-9 : قطعه خم شده …………………………………………………………………………………………………………………..57
شکل 5-1 : نقاط طراحی در روش طراحی ترکیب مرکزی…………………………………………………………………62
شکل 5-2 : رابطه بین عوامل ورودی و پاسخ………………………………………………………………………………………68
شکل 5-3 : دیاگرام دوتایی عوامل متغیر بر زاویه خمش…………………………………………………………………….71
شکل 5-4 : نمودار احتمال نرمال مقادیر باقیمانده………………………………………………………………………………..72
شکل 5-5 : نمودار مقادیر باقیمانده در برابر مقادیر برازش یافته…………………………………………………………73
شکل 5-6 : نمودار مقادیر باقیمانده مدل به شماره آزمایش…………………………………………………………………75
شکل5-7 : مقایسه مقادیر تجربی و نتایج شبیه سازی ( نمودارهای الف تا ت)…………………………………77
شکل 5-8 : نمودار باکس کاکس…………………………………………………………………………………………………………..86
شکل 5-9 : رابطه بین عوامل ورودی و پاسخ ( شکلهای الف تا ت )……………………………………………… 89
شکل 5-10 : نمودار احتمال نرمال مقادیر باقیمانده……………………………………………………………………………..90
شکل 5-11 : نمودار مقادیر باقیمانده در برابر مقادیر برازش یافته………………………………………………………90
شکل 5-12 : نمودار مقادیر پیش بینی شده به مقادیر واقعی آزمایش………………………………………………….93
شکل5-13: جابجایی لبه آزاد ورق………………………………………………………………………………………………………..94
شکل 5-14 : جابجایی لبه آزاد ورق در فرآیندهای شکل دهی با / بدون نیروی کمکی…………………….95
شکل5-15 : زاویه خم ورق در فرآیند های شکل دهی با / بدون نیروی کمکی………………………………..96
شکل 5-16: نمودار جابجایی لبه آزاد به ازای نرخ تغذیه…………………………………………………………………….97
شکل 5-17 : نمودار زاویه خمش به ازای مدت زمان توقف………………………………………………………………98
شکل 5-18 : نمودار بیشینه دمای ورق به ازای مدت زمان توقف………………………………………………………99
شکل 5-19 : استراتژی های مختلف اسکن پرتو لیزرa)) مستقیم b)) متناوب c)) خط چینی……..100
شکل 5-20 : جابجایی لبه آزاد ورق در حین فرآیند به ازای استراتژی متفاوت اسکن……………………101
شکل 5-21: توزیع دمایی قطعه در راستای خط اسکن……………………………………………………………………..101

مقدمه

مقدمه
فرآیند شکل‌دهی یک روش تولیدی است که در آن، با ثابت ماندن مقدار جرم و نوع پیوندهای بین مولکولی، یک شکل سه‌بعدی مشخص بر روی قطعه‌کار ایجاد می‌گردد. در واقع، شکل‌دهی جزء فرآیندهایی است که فاقد براده‌برداری یا برداشت ماده می‌باشد.
انواع فرآیندهای شکل‌دهی
فرآیندهای شکل‌دهی را می‌توان براساس استاندارد DIN 8582، بسته به جهت تنش‌های اعمالی بر قطعه، به انواع زیر طبقه‌بندی نمود (‏شکل 1-1 را ببینید):
1. شکل‌دهی تحت تنش‌های فشاری؛ نظیر فرآیند شکل‌دهی غلتکی
2. شکل‌دهی تحت تنش‌های ترکیبی کششی و فشاری؛ نظیر فرآیند کشش عمیق
3. شکل‌دهی تحت تنش‌های کششی؛ نظیر شکل‌دهی کششی
4. خم‌کاری؛ نظیر خم‌کاری با قالب‌های خطی
5. شکل‌دهی تحت تنش‌های برشی؛ فرآیند پیچش[1]

: طبقه‌بندی فرآیندهای شکل‌دهی [1]
فرآیندهای خم‌کاری
به طور کلی، روش‌های مرسوم خم‌کاری به دو نوع زیر تقسیم‌بندی می‌شود:
الف) خم‌کاری مکانیکی ب) خم‌کاری ترمومکانیکی[2].
1-2-1-1- خمکاری مکانیکی
از جمله روشهای مکانیکی میتوان به خمکاری با استفاده از قالبهای U شکل وV شکل و خمکاری با استفاده از غلتک اشاره کرد. در این روش، خمکاری توسط یک ابزار سخت و اعمال نیروی خارجی انجام می گیرد. همچنین، برای ایجاد خمهای مختلف بایستی از قالبهای متفاوتی استفاده کرد. معایب این روش عبارت است از:
این روش بسیار پرهزینه می باشد.
در تولید با تیراژ بالا، نیاز به تعویض مداوم ابزار و قالب وجود دارد.
با افزایش ضخامت ورق، به دستگاه پرس با ظرفیت بالا نیاز است.
بی دقتی ابعادی ناشی از وجود پدیده برگشت فنری در خمکاری مکانیکی وجود دارد. [2]
1-2-1-2- خم‌کاری ترمومکانیکی
در فرآیند خم‌کاری شعله‌ای، که نمونه‌ای از خم‌کاری ترمومکانیکی می‌باشد، از حرکت دادن یک شعله‌ اکسی‌استیلن در راستای یک خط مستقیم روی قطعه‌کار استفاده می شود. در اثر ایجاد تنش‌های حرارتی، که در حین گرمایش و سرمایش قطعه‌کار به وجود می‌آید، تغییرشکل پلاستیکی اتفاق می‌افتد. این روش در مقایسه با روش‌های مکانیکی، فاقد فرسایش ابزار بوده و بنابراین، کم‌هزینه‌تر می‌باشد. معایب اصلی این روش عبارت است از:

1. شعله‌ مشعل قابلیت متمرکز شدن ندارد. بنابراین، مساحت ناحیه‌ متاثر از حرارت بزرگ1 و ایجاد خم‌های دقیق دشوار می‌باشد.
2. این روش قابلیت اتوماسیون ندارد. تکرارپذیری فرآیند دشوار و وابسته به اپراتور است.
3. باید قطعه را بلافاصله پس از حرارت‌دهی با مشعل، با استفاده از آب سرد کرد[2].
فرآیند شکل‌دهی با لیزر
لیزر، از زمان اختراع آن تاکنون، کاربردهای بسیاری پیدا کرده است. «فرآوری مواد توسط لیزر» اشاره به فرآیندهای صنعتی متعددی دارد که در آن از لیزر به منظور اصلاح شکل یک قطعه، برای نمونه با ذوب کردن قطعه‌کار و رفع قسمت های زائد، استفاده می شود. از ویژگی‌های منحصربه‌فرد پرتو لیزر می‌توان به شدت تابش و تمرکزپذیری آن اشاره نمود. این ویژگی‌ها سبب شده است که از لیزر در فرآیندهایی نظیر خم‌کاری، جوش‌کاری، سوراخ‌کاری، برش، عملیات حرارتی، آلیاژسازی و غیره استفاده شود.
در فرآیند شکل‌دهی با لیزر، از پرتو لیزر به منظور ایجاد زاویه‌ خم در ورق‌های فلزی و همچنین مواد سخت استفاده می‌شود. مشابه به روش خم‌کاری با شعله، در این فرآیند قطعه‌کار در نتیجه‌ ایجاد تنش‌های پس‌ماند حرارتی، به جای اعمال نیروی خارجی، دچار خمش می‌گردد. بنابراین، خم‌کاری با استفاده از لیزر نوع دیگری از خم‌کاری ترمومکانیکی محسوب می‌شود[2]. شمایی از فرآیند شکل‌دهی با لیزر در ‏شکل 1-2 مشخص شده است.

: فرآیند شکل‌دهی با لیزر به‌منظور ایجاد خم مستقیم ساده[3]ب و مقاومت خوردگی بالا دارای کاربردهای گسترده ای است. به دلیل اهمیت و کاربرد شکل دهی غیر تماسی، خم کاری ورق های آلومینیوم با استفاده از پرتو لیزر موضوع پایان نامه حاضر می باشد. به طور کلی اهداف پایان نامه به شرح زیر می باشد:
بررسی عوامل محدود کننده شکل دهی ورق های آلومینیوم
مطالعه کلیه عوامل موثر بر شکل دهی ورق های آلومینیوم
تعیین رابطه ای به منظور پیش بینی زاویه خم به ازای مجموعه ای از پارامترهای فرآیندی به صورت تجربی
تعیین روشی به منظور دست یابی به زوایای خم بالا
برای رسیدن به اهداف بیان شده اقدامات زیر صورت گرفته است:
مطالعه کامل فرآیند شکل دهی با استفاده از پرتو لیزر
بررسی پارامترهای مختلف فرآیند واثر آن بر نوع مکانیزم شکل دهی
استفاده از روش های پوشش دهی سطحی به منظور کاهش میزان بازتابندگی سطح
شناسایی پارامترهای موثر بر شکل دهی ورق های آلومینیوم با استفاده از پرتو لیزر
مدلسازی دقیق فرآیند در نرم افزار اجزای محدود V12 ABAQUS
انجام طراحی آزمایش به منظور اجرای آزمایش های تجربی و تحلیل نتایج حاصل به منظور تعیین ارتباط پارامترهای مختلف فرآیندی بر مقدار زاویه خم نهایی
انجام هدفمند مجموعه شبیه سازی عددی برای تعیین تاثیر پارامترهای فرآیند در محدوده دلخواه بر میزان شکل دهی
بررسی شکل دهی با لیزر به همراه نیروی مکانیکی برای رسیدن به زوایای خم بالا
1 -10- ساختار این پایان نامه
در فصل اول نوشتار حاضر، پس از معرفی فرآیند شکل‌دهی با استفاده از پرتو لیزر، شامل فرآیندهای شکل‌دهی مکانیکی و حرارتی، فرآیند شکل‌دهی با استفاده از پرتو لیزر و مزایای آن نسبت به سایر فرآیندها مورد بررسی قرار گرفت. در فصل دوم انواع مکانیزم فرایندهای شکل‌دهی با استفاده از لیزر و مدل‌های تحلیلی ارائه شده به‌منظور پیش‌بینی شکل‌دهی نهایی معرفی می‌شود. در فصل سوم، شبیه سازی عددی فرآیند انجام می گیرد. درفصل چهارم به نحوه انجام آزمایش های تجربی اختصاص داده شده است. در فصل پنجم، نتایج عددی وتجربی ارائه شده و صحت سنجی و تحلیل نتایج انجام می گیرد. فصل ششم به نتیجه گیری از پایان نامه اختصاص داده شده است.

فصل دوم
مکانیزم فرآیندهای شکل‌دهی باپرتو لیزر

2-1- مقدمه
امروزه از لیزر، به علت دارا بودن ویژگی های مناسبی نظیر تمرکزپذیری و شدت انرژی بالا، در صنایع مختلف استفاده می شود. برای نمونه، لیزر دی اکسید کربن با توان خروجی100W را میتوان به کمک لنزهای مخصوص در دایره ای به قطر0.01cm متمرکز کرد. در این حالت، شدت تابش پرتو حاصل برابر با 1000000w/cm2 است. به این ترتیب، امکان ایجاد یک نرخ حرارتی بسیار بزرگ در ناحیه تحت تابش پرتو لیزر، بدون

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید