مدل‌سازی و بهینه‌سازی بیضوی‌شدن سوراخ‌ها در خمکاری لیزری ورق‌های فلزی سوراخدار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار مهندسی مکانیک - دانشگاه صنعتی اراک

2 دانشگاه صنعتی اراک

3 گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده
خمکاری ورق‌های فلزی یکی از رایج‌ترین فرآیندهای شکل‌دهی است که در صنایع مختلف کاربرد گسترده دارد. ورق‌های سوراخدار به دلیل حضور ناپیوستگی‌های هندسی، با مشکلات جدی در فرآیندهای خمکاری مکانیکی مواجه هستند که منجر به بیضوی‌شدن سوراخ‌ها و کاهش دقت ابعادی می‌شود. در این مطالعه، خمکاری لیزری ورق‌های سوراخدار استیل ۳۰۴ با ضخامت ۲ میلی‌متر با استفاده از لیزر CO₂ و طراحی آزمایش مبتنی بر روش سطح پاسخ و الگوریتم باکس – بنکن انجام می شود. بدین منظور اثر پارامترهای فرآیندی شامل توان لیزر، سرعت اسکن و قطر پرتوی لیزر بر درصد بیضوی‌شدن سوراخ‌ها مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که افزایش توان و قطر پرتوی لیزر موجب افزایش بیضوی‌شدن و افزایش سرعت اسکن منجر به کاهش آن می‌شود. تحلیل واریانس مدل آماری بیانگر معناداری اثرات اصلی، برهم‌کنش‌ها و اثرات درجه دوم پارامترها هستند. بهینه‌سازی پارامترها نشان می دهد که برای دستیابی به حداقل بیضوی‌شدن (۰.۲۲ درصد)، توان لیزر، سرعت اسکن و قطر پرتوی لیزر به ترتیب باید برابر ۸۷ وات، ۷۵ میلی‌متر بر دقیقه و ۲ میلی‌متر تنظیم شوند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Modeling and Optimization of Hole Ovalization in Laser Bending of Perforated Metal Sheets

نویسندگان English

Mohsen Rezaei 2
Davood Akbari 3
2 Arak University of Technology
3 Department Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran
چکیده English

Laser bending of metal sheets is one of the most common forming processes and is widely used across various industries. Perforated sheets, due to their geometric discontinuities, encounter serious challenges during mechanical bending operations, which lead to ovalization of the holes and reduced dimensional accuracy. In this study, laser bending of 2-mm-thick perforated 304 stainless steel sheets is performed using a CO₂ laser, based on an experimental design developed through the response surface methodology and the Box–Behnken algorithm. For this purpose, the effects of process parameters—including laser power, scan speed, and laser beam diameter—on the percentage of hole ovalization are investigated. The results show that increasing the laser power and beam diameter increases ovalization, while increasing the scan speed reduces it. Analysis of variance of the statistical model indicates the significance of the main effects, interactions, and second-order terms of the parameters. Parameter optimization reveals that, in order to achieve minimum ovalization (0.22%), the laser power, scan speed, and beam diameter should be set to 87 W, 75 mm/min, and 2 mm, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Laser bending
Perforated sheet
Ovality
[1] Boroumandpanah H, Nadaf A. Finite element and experimental investigation of the direct flow forming process of thin-walled high-strength steel tubes. Mechanic of Advanced and Smart Materials. 2024; 4(1):122–138.
[2] Esmailian M, Boroumand F, Dehghan M. Simulation of the forming of jet engine compressor spools by ring rolling process. Mechanic of Advanced and Smart Materials. 2023; 3(2):216–235.
[3] Numerical optimization of the blank shape in order to minimize the earring defect in the deep drawing process of square sections. Mechanic of Advanced and Smart Materials. 2023; 3(1):67–82.
[4] Numerical study of a micro-alloyed steel microstructure during hot rolling process. Mechanic of Advanced and Smart Materials. 2022; 2(3):365–384.
[5] Design and Manufacture of Low-Pressure Hydroforming Machine for Aluminum Tubes and Production of Rectangular Cross Section. Mechanic of Advanced and Smart Materials. 2022; 2(2):156–171.
[6] Song JH, Lee GA, Jung KH, Park SJ. Laser irradiated bending characteristics of the ultra-high strength steel sheets. International Journal of Automotive Technology. 2015; 16:89–96.
[7] Maji K, Pratihar DK, Nath AK. Experimental investigations, modeling, and optimization of multi-scan laser forming of AISI 304 stainless steel sheet. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016; 83:1441–1455.
[8] Fetene BN, Dixit US, Liao H. Laser bending of friction stir processed and cement-coated sheets. Materials and Manufacturing Processes. 2017; 32(14):1628–1634.
[9] Fetene BN, Kumar V, Dixit US, Echempati R. Numerical and experimental study on multi-pass laser bending of AH36 steel strips. Optics & Laser Technology. 2018; 99:291–300.
[10] Paramasivan K, Das S, Marimuthu S, Misra D. Increment in laser bending angle by forced bottom cooling. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018; 94:2137–2147.
[11] Safari M, Joudaki J. Prediction of bending angle for laser forming of tailor machined blanks by neural network. Iranian Journal of Materials Forming. 2018; 5(1):47–57.
[12] Kotobi M, Honarpisheh M. Through-depth residual stress measurement of laser bent steel–titanium bimetal sheets. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2018; 53(3):130–140.
[13] Zhang Y, Dong W, Qiao Y, Zhang C. Edge effect investigation of DP980 steel sheet in multiple laser scanning process. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2019; 20:319–326.
[14] Seyedkashi SMH, Abazari HD, Gollo MH, Woo YY, Moon YH. Characterization of laser bending of SUS304L/C11000 clad sheets. Journal of Mechanical Science and Technology. 2019; 33:3223–3230.
[15] Wang X, Ma X, Li Z, Wang RA. Study of thickening phenomenon in laser bending zone of a metal laminated plate. Procedia CIRP. 2016; 42:454–459.
[16] Safari M, Babaei AM, Zamzami B, Alves de Sousa R. Experimental investigation, statistical modeling and optimization of laser bending process of perforated sheets. Optics & Laser Technology. 2024; 175:110810.
[17] Safari M, Joudaki J. Studying the Effects of Process Parameters on Bending Angle and Edge Effects in Laser Bending Process of Perforated Sheets. Iranian Journal of Materials Forming. 2024; 11(3):4–12.
دوره 5، شماره 3
پاییز 1404
صفحه 366-382

  • تاریخ دریافت 18 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 20 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 19 شهریور 1404