بخشی از مقاله
چکیده
شکل دهی به کمک لیزر یک فرآیند شکل دهی جدید انعطاف پذیر و بدون نیاز به ابزار صلب و نیروي خارجی می باشد که در آن، صفحه فلزي با استفاده از تنش هاي حرارتی ناشی از لیزر شکل دهی می شوند. در فرآیند فرم دهی به کمک لیزر، شکل و موقعیت خم بوسیله شدت تابش، سرعت اسکن، قطر پرتو، موقعیت دهی پرتوي لیزر که همگی از متغیرهاي فرآیند هستند می توانند از طریق کنترل الکتریکی تنظیم یا تغییر داده شوند.
در این فرآیند فرم دهیتنظیم، پارامترهاي موثر براي رسیدن به تغییر فرم پیش بینی شده بسیار مهم است. بدین منظور در این مقاله تحلیل اجزاي محدود ترمودینامیکی سه بعدي این فرآیند به کمک نرم افزار آباکوس صورت پذیرفته است.جهت بدست آوردن موثرترین مقادیر، روابط بین زاویه خمش و متغیرهاي انرژي براي این پارامترها بررسی شده است و اثر این پارامترها بر روي فرم دهی یک مسیر مستقیم و همچنین بررسی توزیع تنش ها و کرنش ها و جایجایی لبه آزاد ورق توسط روش عددي انجام شده است.
واژگان کلیدي: شکل دهی نموي به وسیله لیزر، تحلیل اجزاي محدود، زاویه خمش
مقدمه
شکلدهی با لیزر یک فرآیند ترکیبی مکانیکی-حرارتی است که درآن گرما بوسیله پرتو لیزر بر روي یک وجه از سطح ورق فلزي در یک مسیر مشخص بوجود میآید رابطه تنش-کرنش در صفحه نه تنها غیر خطی است بلکه وابسته به دما نیز میباشد. این مکانیزم به پارامترهایی از قبیل جنس ماده، ضخامت، سرعت پرتودهی، توان نیرو، شرایط حین پرتودهی و شرایط خنککاري و ... بستگی دارد.
از ویژگیهاي این فرآیند میتوان به قابلیت انعطافپذیري بسیار بالا، تولید اشکال پیچیده، قابلیت نمونهسازي سریع، تولید با دقت بالا و تیراژ کم، دستیابی به تغییر فرمهاي دقیق به علت برگشت فنري ناچیز اشاره نمود. مکانیزمهاي ارائه شده براي شکلدهی به کمک لیزر عبارتند از: گرادیان دمایی، کله زنی، کمانش فرآیند لیزر فرمینگ بوسیله اعمال تنش هاي حرارتی به سطح قطعه کار به وسیله گرمایش سطح با پرتو لیزر بوجود می آید . این تنش هاي داخلی کرنش هاي پلاستیک را ایجاد میکنند که منجر به کمانش الاستیک پلاستیک در قطعه کار می شود.
سه مکانیزم اصلی براي لیزرفرمینگ ورق ها، لوله ها و مقاطع اکستروژن وجود دارد. مکانیزم گرادیان دما ، مکانیزم کمانش و مکانیزم کوتاه سازي یا ضخیم سازي مکانیزم گرادیان دما وابسته به برقراري یک گرادیان دمایی بالا در راستاي ضخامت ورق می باشد. مکانیزم کمانش هنگامی فعال میشود که گرادیان دمایی در طول ضخامت ورق کوچک شود و قطر ناحیه گرم شده بزرگتر شود. این فرآیند به خمکاري به طرف یا در جهت دور شدن از پرتو لیزر منجر می شود. مکانیزم ضخیم سازي یا کوتاه سازي براساس گرمایش تقریبا یکنواخت ماده بوجود می آید .
فاکتور هاي زیادي وجود دارند که بر فرآیند شکل دهی اثر میگذارند، از جمله فاکتورهاي انرژي - توان لیزر، سرعت اسکن لیزر، قطر پرتو - و فاکتورهاي هندسی - ضخامت صفحه، پهناي صفحه - و پارامترهاي خاص مواد دو فرمول براي محاسبه زاویه خمش به ترتیب ارایه کردند : در حالی که A ضریب جذب، P توان لیزر، r شعاع پرتو لیزر، α ضریب رسانندگی، K رسانندگی گرمایی، Cp گرماي ویژه، ρ چگالی، a فاکتور رسانندگی، V سرعت اسکن و So ضخامت صفحه فلزي می باشند. این فرمول بصورت عددي رابطه بین زاویه خمش و بعضی پارامترهاي خواص مواد را بیان میکند.
همکارانش بیشتر عوامل موثر بر شکل دهی را در نظر گرفته و یک مدل تحلیلی جدید را در پیش رو قرار دادند. براساس مدل آنها زاویه خمش می تواند بصورت زیر بیان گردد: در این مقاله پارامترهاي انرژي - توان لیزري، قطر پرتو لیزر و سرعت اسکن - در فرآیند لیزر فرمینگ و خمش یک ورق مسطح شبیه سازي شده است و به کمک نرم افزار آباکوس تحلیل المان محدود انجام شده است و روند تغییرات زاویه خمش، میزان فرم دهی ورق و توزیع تنش و کرنش بررسی شده است.
شماتیک فرایند شکل دهی با لیزر
شبیه سازي اجزاي محدود فرآیند شکل دهی ورق با لیزر مدل اجزاي محدود ورق در شکل دهی با لیزر در شکل 2 نمایش داده شده است. براي این مدلسازي، یک ورق مربعی با ضلع 40 میلیمتر و ضخامت 2 میلیمتر در نرم افزار آباکوس مدل شده است. براي رسیدن به حداکثر دقت در این مقاله سعی شده است شرایطی همانند شرایط تجربی فراهم شود. تحلیل عددي فرآیند به روش حل ضمنی انجام گرفته است. در شبیه سازي فرآیند از المان SOLID سه بعدي از نوع DC3D8 بکار رفته است، علاوه بر این جهت اعمال شار حرارتی و به عبارتی حرارت متمرکز از زیر برنامه Dflux به زبان برنامه نویسی فرترن استفاده شده است.
