0.03 0.16 Zn
0.03 0.09 Carbon Steel
0.09 0.31 Stainless Steel

4-2-1-2-آزمایش های روی ورقهای پوشش داده شده
به منظور بررسی اثر پارامترهای مختلف فرآیند شکل دهی با لیزر بر خمکاری ورقهای آلومینیوم از دستگاه لیزر پالسی دی اکسیدکربن با بیشینه توان 1800W استفاده شد. براساس طراحی آزمایش صورت گرفته برای انجام آزمایش های تجربی، ورقهای آلومینیوم با استفاده از دستگاه وایرکات به ابعاد100mm×50mm وبه ضخامت های 1mmو1.5mmو2mm تهیه گردید. تصویر نمونه های آلومینیوم مورد استفاده در آزمایشهای تجربی در شکل 4-1 نشان داده شده است. به منظور امکان پذیری انجام فرآیند، گرافیت بر سطح ورقهای آلومینیوم پوشش دهی گردید. به همین منظور، از اسپری گرافیت جهت ایجاد پوشش گرافیتی روی نمونه های آزمایش استفاده شده است. یک نمونه پوشش داده شده در شکل 4-2 مشخص است. پس از انجام آزمایشها وشکل دهی ورقهای آلومینیوم، اندازه گیری مقدار زاویه خمش نهایی ورقها با استفاده از دستگاه اندازه گیری دقیقCMM انجام شده است. روش سنجش زاویه خم با استفاده از دستگاه CMM به این ترتیب است که ابتدا موقعیت فضایی 3 تا 5 نقطه روی هریک از صفحه های خم ورق شناسایی می شود.سپس، با تعیین صفحه گذرنده از نقاط شناسایی شده، زاویه بین دو صفحه در نرم افزار CAD محاسبه می شود. مشخصه های لیزر مورد استفاده در فرآیند در جدول 4-2 آورده شده است. همچنین دستگاه لیزر مورد استفاده، ورقهای آلومینیوم در حین فرآیند و دستگاه اندازه گیری دقیق CMM، به ترتیب، در شکل 4-3، شکل 4-4 و شکل 4-5 مشخص است.

شکل 4-1 : نمونه های آزمایش: (راست) ورق به ضخامت2mm و (چپ) ورق به ضخامت 1mm

شکل4-2: پوشش دهی گرافیتی ورق آلومینیوم

جدول4-2 : مشخصات لیزر مورد استفاده در آزمایش های تجربی[41]
دی اکسیدکربن
واحد
لیزر
لیزر پالسی

نوع لیزر
1800
W
حداکثر توان لیزر
1 تا 2500
HZ
گستره فرکانس
10.6

طول موج پرتو

شکل 4-3: دستگاه لیزر مورد استفاده در آزمایش تجربی

شکل 4-4 : ورقهای آلومینیوم در حین فرآیند شکل دهی با لیزر

شکل4-5 : دستگاه اندازه گیریCMM

4-2-2- فرآیند شکل دهی با استفاده از لیزر به همراه نیروی کمکی[24]
فرآیند شکل دهی با استفاده از لیزر به همراه نیروی کمکی بر روی ورق آلومینیوم درشکل 4-6، نشان داده شده است. به منظور محدود کردن حرکت قطعه کار و همچنین اعمال نیروی مکانیکی در حین فرآیند، نیاز به یک مجموعه قید مناسب می باشد. این مجموعه شامل یک مدار هیدرولیکی به منظور اعمال نیروی خم کننده ویک صفحه نگهدارنده جهت مقید ساختن حرکت ورق در حین فرآیند است. مدار هیدرولیکی شامل یک پمپ هیدرولیکی دستی، یک فشار سنج برای اندازه گیری فشار در حین فرآیند و عملگر خطی هیدرولیکی برای اعمال نیرو بر ورق می باشد. پمپ، سیال هیدرولیکی را در پشت پیستون در حالت تحت فشار قرار می دهد. سیال تحت فشار، با اعمال فشار بر صفحه پیستون، باعث انتقال نیرو توسط عملگرخطی بر ورق می شود. مدار هیدرولیکی این مکانیزم در شکل4-7، نشان داده شده است. برای انجام آزمایشهای تجربی از دستگاه لیزر پالسی دی اکسیدکربن با حداکثر توان 4KW استفاده شده است. لیزر با توان تنظیم شده 1050W، فرکانس پالس 2000HZ، به قطر7mm با سرعت 1m/min بر روی سطح ورق آلومینیوم و در راستای یک خط مستقیم پیمایش داده شد. فشار سیال هیدرولیکی پشت پیستون برابر مقدار ثابت30bar نگه داشته شده بود.
شکل 4-8 تصویری از فرآیند شکل دهی با استفاده لیزر به همراه نیروی کمکی را نشان می دهد. به منظور افزایش ضریب جذب پرتو لیزر، پوشش دهی گرافیتی ورق آلومینیوم با تناوب سه پاس انجام گرفت. تصویر نهایی قطعه خم شده در شکل 4-9 نشان داده است.

شکل 4-6: مجموعه قید و (تصویر چپ) مجموعه قید ساخته شده

شکل 4-7: مدار هیدرولیکی مکانیزم اعمال نیروی خارجی

شکل 4-8: دستگاه لیزر مورد استفاده در آزمایش تجربی

شكل 4-9: قطعه نهايي خم شده

فصل 5
انجام شبیه سازی عددی و آزمایش تجربی
و استخراج نتایج

5-1- مقدمه
در بخشهای گذشته، نحوه انجام شبیه سازی عددی فرآیند و همچنین، تجهیزات و نحوه انجام آزمایشها توضیح داده شد. به منظور صحت سنجی شبیه سازی عددی و اطمینان از درستی نتایج برگرفته شده از آن، طراحی آزمایش به شیوه رویه پاسخ و به روش ترکیب مرکزی به منظور انجام هدفمند آزمایشهای تجربی انجام شده است. به علاوه، طراحی عاملی، جهت دست یابی به رابطه بین متغیرهای ورودی فرآیند و زاویه خمش به انجام رسیده است. در ادامه، مروری بر کلیات طراحی آزمایش ارائه شده است.
5-2- طراحی آزمایش
طراحی آزمایش یک روش آماری است که از آن برای بررسی و تعیین تاثیر عوامل مختلف موثر بر یک متغیر مشخص، که پاسخ خوانده می شود، استفاده می گردد. طراحی آزمایش شامل هفت مرحله، به شرح زیر است: [42].
شناسایی و درک مساله
انتخاب عامل و تعیین سطوح آنها
انتخاب متغیر پاسخ
انتخاب طرح آزمایش
انجام آزمایشها
تحلیل آماری داده ها
نتیجه گیری و پیشنهادها
5-3- طراحی آزمایش به روش عاملی
آزمایشهای عاملی امکان می دهد تا اثر ترکیبی دو یا چند متغیر آزمایشی، که بطور همزمان مورد آزمایش قرار می گیرند، ارزیابی شود. درآزمایشهای عاملی، برخلاف آزمایشهای تک عاملی، امکان ارزشیابی اثرهای متقابل موجود است. اثر متقابل، اثری است که میتوان آن را به ترکیبی از متغیرها نسبت داد و این اثر بیش از آن است که بتواند از روی تک تک متغیرها پیش بینی شود. در پایان یک آزمایش عاملی، آزمایشگر اطلاعاتی دارد که به او امکان می دهد که تصمیم گیریهایی که دامنه کاربردی وسیعی دارند انجام دهد. علاوه بر عملکرد متغیرهای آزمایشی، که به طور نسبی جدا از سایر عوامل است، آزمایشگر می تواند پیش بینی کند که وقتی دو یا چند متغیر در ترکیب مورد استفاده قرار می گیرند چه اتفاقی خواهد افتاد. .[43]
5-4- طراحی آزمایش به روش رویه پاسخ
روش رویه پاسخ شامل مجموعه ای از روشهای ریاضی و آمار است که به منظور تعیین یک تابع مناسب بین پاسخ، y و تعدادی از متغیر های قابل کنترل یا ورودی، که با x1,x2….,xk نمایش داده می شود به کار می رود. به طور کلی، تعیین دقیق این رابطه غیر ممکن است اما می توان آن را به کمک یک تابع چند جمله ای با درجه پایین، به صورت زیر تقریب زد:
5-1 y =f(x)β+ϵ
در این معادله، x به صورت (x1,x2….,xk)= x1 تعریف می شود و f(x) یک تابع برداری با P درایه است. این تابع از توانهای x1,x2….,xk و همچنین ضرب داخلی توانهای x1,x2….,xk تا یک درجه مشخص که با d≥1 نشان داده می شود، تشکیل شده است. β برداری متشکل از P ضریب ثابت مجهول است. و ϵ خطای تصادفی تجربی با فرض میانگین صفر است.
در روش رویه پاسخ استفاده از دو حالت رایج، که در واقع حالت های خاصی از مدل 5-1 محسوب می شود کاربرد گسترده تری دارد. این دو حالت عبارتند از مدل درجه اول (1=d ) که با معادله 5-2 نشان داده می شود:
5-2y= β0 + ∑_(i=1)^k▒〖β_i x_i 〗
مدل دیگر نیز یک مدل درجه دو (d=2) است که با معادله 5-3 بیان می گردد:
ϵ +∑_(i=1)^k▒〖β_ij x_i 〗2 +∑_(i=1)^k▒〖β_ij x_i 〗 xj +y = β0 + ∑_(i=1)^k▒〖β_i x_i 〗
در پایان نامه حاضر، از طراحی ترکیب مرکزی در انجام آزمایش استفاده شده است. این روش، مشهورترین و رایج ترین روش طراحی مرتبه دوم به شیوه رویه پاسخ می باشد.

5-4-1- طراحی ترکیب مرکزی
به طور خلاصه، روش طراحی ترکیب مرکزی نیازمند پنج سطح به ازای هر عامل است. این پنج سطح به صورت Alpha+ و 1+ و 0 و 1- و Alpha- کدبندی می گردد[44]. این شیوه طراحی دارای سه گروه از نقاط مرکزی است (شکل 5-1):
1- نقاط عاملی دو سطحی یا عامل کسری
نقاط عاملی دو سطحی شامل تمام ترکیب های ممکن از سطوح 1+ و 1- کلیه عامل ها است. بنابراین، تعداد این نقاط برابر با K2 می باشد. برای نمونه، اگر مساله مورد نظر دارای دو عامل باشد، چهار نقطه طراحی عاملی دو سطحی عبارت است از: (1+ و 1+ )(1+ و1-)(1- و 1+)(1- و 1-).
2- نقاط محوری یا نقاط ستاره
در نقاط محوری یا ستاره، تمام عوامل بر روی سطح میانی خود، متناظر با کد0 تنظیم شده اند و فقط یک عامل دارای مقدار – Alpha/+ است. برای نمونه، اگر مساله دارای دو عامل باشد نقاط محوری به شرح زیر است: (+Alpha و 0) (-Alpha و 0) (+Alpha ,0) ( و0-Alpha). تعداد نقاط محوری برابر با K2 نقطه است. در واقع، بر روی محور هریک از متغیرهای قابل کنترل، دو نقطه به فاصله α از مرکز طراحی قرار دارد. لازم به ذکر است که مرکز طراحی معمولا” در مبدا مختصات فرض می شود.

3- نقاط مرکزی
نقاط مرکزی، همچنان که از نام آن مشخص است، به نقاطی گفته می شود که درآن، تمامی عامل ها بر روی سطح میانی، با کد بندی 0، تنظیم شده است: (0 و 0). نقاط مرکزی معمولا” بین 4 تا 6 بار تکرار می شوند تا به این ترتیب، تخمین مناسبی از خطای خالص آزمایش به دست آید. برای نمونه، اگر مساله دارای دو عامل باشد، طراحی دارای 5 نقطه مرکزی است.

شکل 5-1: نقاط طراحی در روش طراحی ترکیب مرکزی به ازای (تصویرچپ) دو متغیر ورودی و (تصویر راست) سه متغیر ورودی[44].
به طور کلی، تعداد نقاط طراحی به روش ترکیب مرکزی برابر با n=2k+2k+n0 است. در این رابطه n0 برابر تعداد نقاط مرکزی است. طراحی به شیوه ترکیب مرکزی از ترکیب یک طراحی مرتبه اول عاملی2k به تعداد 2k از نقاط طراحی اضافی، موسوم به نقاط محوری و تکرار n0نقاط مرکزی به دست می آید.

5-5- آزمایش های تجربی
5-5-1- طراحی آزمایش به روش ترکیب مرکزی
در انجام آزمایش های تجربی از روش طراحی آزمایش با طرح ترکیب مرکزی استفاده می شود. در طی این آزمایش ها، با شناسایی عوامل موثر بر زاویه خم، رابطه بین عوامل ورودی ومتغیر پاسخ استخراج می گردد. در طراحی آزمایش به شیوه ترکیب مرکزی، پنج سطح به ازای هر عامل تعریف می گردد. عوامل مورد بررسی در آزمایش های تجربی و سطوح متناظرآن شامل درصد بیشینه توان، سرعت اسکن، تعداد پاس و ضخامت ورق است. عوامل ذکر شده و سطوح متناظر آن در جدول 5-1 آورده شده است. با تعریف چهار عامل موثر بر پاسخ و تعیین پنج سطح به ازای هر عامل، تعداد نقاط طراحی به شیوه ترکیب مرکزی برابر با n=2k +2k+n0=24 +2(4)+6=30 خواهد بود.

جدول 5-1: عاملهای مورد بررسی و سطوح آن
Alpha -1 0 +1 +Alpha – عوامل
1260 1080 900 720 540 [W] توان لیزر
1.2 1.1 1 0.9 0.8 [m/min] سرعت اسکن
5 4 3 2 1 تعداد پاس
[mm] 0.5 1 1.5 2 2.5 ضخامت ورق

ترتیب انجام 30 آزمایش به صورت تصادفی سازی شده انجام می شود. هدف از تصادفی سازی، به حداقل رساندن تاثیر کلیه عوامل احتمالی بیرونی بر نتیجه آزمایش است. به این منظور از نرم افزار Design Expert 7 استفاده شده است. ترتیب انجام آزمایش ها و نتایج به دست آمده از آن در جدول 5-2 نشان داده شده است.

جدول 5-2: داده های آزمایش صورت گرفته با اعمال ترتیب تصادفی
زاویه خم بدست آمده از روش آزمایش تجربی
زاویه خم بدست آمده از روش شبیه سازی عددی
سرعت اسکن
m/min
ضخامت
mm
توان لیزر
W
تعداد پاس
شماره

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید