Numerical and Experimental Study of Effect of Scan Velocity in Laser Forming by Temperature Gradient Mechanism

محورهای موضوعی : فصلنامه شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیک

حسن مسلمی نائینی ¹ (استاد، دانشگاه تربیت مدرس)
ولی اله پناهی زاده ² (دانشجوی دکتری دانشگاه تربیت مدرس)
محمد حسین پور گللو ³ (دانشجوی دکتری دانشگاه تربیت مدرس)
سیامک مزدک ⁴ (دانشجوی دکتری دانشگاه تربیت مدرس)

تاریخ دریافت : 1394/07/11 تاریخ پذیرش : 1394/07/11 تاریخ انتشار : 1387/04/01

کلید واژه: Laser, Sheet metal, TGM, Thermal–mechanical coupling problem,

چکیده مقاله :

In this paper the process of laser forming has been investigated using an analytical and an experimental method for three levels scans velocity. A coupled analysis has been performed in ANSYS®. Also in order to prove the predictive methods, experiments on thin sheet metals have been done when a laser of a fair power was used. Before done, experiments were designed with full factorial chosen as the experiment scheme planning. For performing experiments a CO2laser a maximum power of 200 watt is used. A CMM is used to measuring the bending angle of the workspice. Finally, a statistical analysis on the experimental data was performed. The comparison between numerical and experimental results shows the bending angle decreased by increasing the scan velocity also rate of the bending angle decreased by increasing the scan velocity.

چکیده انگلیسی:

در این مطالعه فرایند گرمایش خطی با لیزر برای سه سرعت مختلف به‌صورت تحلیل عددی و آزمایش تجربی بررسی شده است. تحلیل عددی از نوع تحلیل کوپله (حرارتی- مکانیکی) و با استفاده از نرم افزار ANSYS صورت گرفته است. همچنین برای آزمایشهای تجربی ورق‌های فلزی به کمک لیزر توان پائین، شکل‌دهی شده‌اند. قبل از انجام آزمایشها، ابتدا روش طراحی آزمایشهای عاملی کامل (Full Factorial Design) انتخاب و با توجه به این طراحی، قطعه‌های مورد نیاز با اندازه‌ها و ضخامتهای معین تهیه شد. این آزمایشها با لیزر CO2 با بیشترین توان (200 وات) انجام و پس از آن برای افزایش دقت اندازه‌گیری زوایا‌، با استفاده از دستگاه CMM قطعات شکل‌دهی شده، اندازه گیری شدند. سپس تحلیل آماری روی نتایج آزمایشهای تجربی صورت گرفت. نتایج بدست آمده تطابق خوبی بین نتایج آزمایشهای تجربی و تحلیل عددی را نشان می‌دهد. از نتایج بدست آمده می‌توان گفت که رابطة عکس بین افزایش سرعت و زاویة خمش وجود دارد. در ضمن با افزایش سرعت لیزر نرخ کاهش زاویة خمش آهسته تر می‌شود. همچنین برای نقاط نزدیک به مسیر حرکت لیزر، با افزایش سرعت لیزر، شدت افت دما بیشتر می‌شود.

منابع و مأخذ:

[1]     Shi Y.J., Shen H., Yao Z.Q.  and Hu J., Numerical Investigation of Straight-Line laser forming under the temperature gradient mechanism, Acta Metallurgica Sinica, Vol. 19 No. 2 , 2006, pp. 144-150

[2]     Magee J., Watkins  K.G. & Steen W.M., Advances in Laser Forming, J. Laser Applications, Vol. 10, Issue 6, 1998, pp. 235-246

[3]     Hoseinpour Gollo M., Moslemi Naeini H., Liaghat G.H., Torkamany M. J., Jelvani S., Panahizadeh V., An experimental study of sheet metal bending by pulsed Nd:YAG laser with DOE method, Int. J. Mater Form,  Springer-online (In press)

[4]     Wegener K.  & Adelhardt M., Shipbuilding experiences a revolution, Industrial Laser Solutions, Pennwell Corporation, Tulsa ,Vol. 17, No.12, , 2002 , pp. 9-12.

[5]     Panahizadeh V., Moslemi Naeini H., Mehreban  M. and Mazdak S., Investigation of Bending Angle in TGM Laser Forming Process Using DOE Method, Tehran International Congress on Manufacturing Engineering (TICME2007), Tehran, Iran, Dec. 2007.

[6]     Yongjun Shi, Hong Shen, Zhenqiang Yao, Jun Hu, Temperature gradient mechanism in laser forming of thin plates, Optics & Laser Technology , Vol. 39, 2006, pp.  858–863.

[7]     Moslemi Naeini H., Panahizadeh V., Mazdak S., Mousavi H., TGM Laser Forming Process for Sheet Metals –an FEM Analysis Approach, Turkey Int. Congress on Manufacturing Eng. (Diemold2007), Turkey, 2007.

[8]     Z. Hu, R. Kovacevic, M. Labudovic, Experimental and numerical modeling of buckling instability of laser sheet forming, Int. J. Machine Tools & Manufacture Vol. 42, 2002, pp.1427–1439

[9]     ASM Metals Handbook, ASM International, 10^th  Ed. 1990.