فرآیند شکل دهی با لیزر، به خصوص در سال های اخیر، به طور گسترده ای موردنظر قرار گرفته است. در این فرآیند، با تابش پرتو لیزر بر سطح ورق، که با ایجاد یک گرمایش موضعی سریع و متعاقب آن سرمایش ناحیه ی حرارت دیده همراه است، شکل دهی انجام می شود. هرچند، نحوه توزیع دمایی القا شده بر اثر تابش پرتو لیزر در قطعه، مشخص کننده ی نوع سازوکار شکل دهی است. به عبارت دیگر، بسته به انتخاب اندازه ی پارامترهای تاثیرگذار بر فرآیند، که شامل پارامترهایی نظیر توان لیزر، سرعت اسکن پرتو، قطر پرتو و... می شود، سازوکار و نحوه ی تغییرشکل ورق متفاوت می باشد. در این رابطه، سه سازوکار شیب دمایی، خمش کمانشی و کوتاه کردن شناسایی شده است. در راستای اهداف پایان نامه، شکل دهی ورق های آلومینیم با استفاده از لیزر مورد بررسی تجربی و عددی قرار گرفته است. ضریب جذب پایین پرتو لیزر در ورق های آلومینیم و ضریب رسانش بالای آنها، که تاثیر منفی در تشکیل شیب دمایی در راستای ضخامت ورق دارد، از جمله ی مواردی است که شکل دهی این دسته از ورق ها را با دشواری روبرو کرده است. از این رو، از پوشش دهی گرافیتی به منظور غلبه بر مشکل پایین بودن ضریب جذب و انجام فرآیندها استفاده شد. اهمیت پارامترهای فرآیندی بر مقدار شکل دهی نهایی قطعه با انجام آزمایش های تجربی و بهره گیری از طراحی آزمایش به روش رویه ی پاسخ مشخص شده است. همچنین، استخراج رابطه ای به منظور پیش بینی زاویه ی خم در ورق های آلومینیم که دارای ضخامت بین سه تا پنج میلی متر می باشد انجام شده است. در این زمینه، از طراحی آزمایش به شیوه ی عاملی کامل به منظور بررسی دقیق اثرات اصلی پارامترهای فرآیندی و اثرات متقابل آن ها، با گستره ی تغییرات متفاوت نسبت به آزمایش های تجربی، استفاده شده است. از طرف دیگر، استفاده از یک نیروی کمکی در کنار فرآیند شکل دهی با لیزر به منظور دست یابی به زوایای خم بالا بررسی شد و با ساخت یک سازوکار هیدرولیکی، خم نود درجه در ورق آلومینیم به دست آمد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با وجود اعمال نیروی خارجی، عامل اصلی شکل دهی در این فرآیند، همچنان تابش پرتو لیزر می باشد. در ادامه، بررسی عددی تاثیر عواملی نظیر زمان توقف و نوع استراتژی اسکن پرتو بر میزان شکل دهی انجام شده است. نتایج بررسی ها نشان می دهد که اعمال زمان بهینه ی توقف در فرآیندهای چندپاسه می تواند در افزایش میزان شکل دهی تاثیرگذار باشد. به علاوه، استراتژی خط چینی پرتو لیزر، نسبت به دو استراتژی مستقیم و متناوب، دارای زاویه ی خمش بیشتری است. در انتها، نتیجه گیری و پیشنهادهایی برای ادامه ی کار ارائه شده است.

شکل دهی فلزات با استفاده از پرتو لیزر یک فناوری جدید در شکل دهی ورق های فلزی است که کاربردهای مختلفی در صنعت دارد.شکل دهی با پرتو لیزر ، برخلاف روش های سنتی شکل دهی، نیازی به نیروی خارجی و ابزار پیچیده برای شکل دادن ندارد،علاوه بر این هزینه شکل دهی را نیز کاهش می دهد،زیرا نیازی به ساخت قالب ندارد.شکل دهی ورق های فلزی با استفاده از پرتو لیزر می تواند جایگزین بسیار خوبی برای برخی از روش های شکل دهی باشد.توانایی شکل دهی قطعات با استحکام بالا، افزایش حدود شکل دهی، کیفیت مناسب تر قطعات تولیدی، انعطاف پذیری سیستم، از جمله مزیت های قابل توجه این روش در مقایسه با فرایندهای شکل دهی سنتی است. تحقیقات بسیاری بر روی فرآیند شکل دهی با لیزر انجام شده است که مقدار قابل توجهی از آن ها درباره فرآیند شکل دهی با لیزر با گرمایش خطی یک ورق و بررسی اثر پارامترهای مختلف بر روی زاویه خمش حاصل از آن بوده است، ولی شکل دهی با پرتو لیزرمی تواند برای شکل دادن ورق فلزی، به شکل های پیچیده هم استفاده شود (به عنوان مثال شکل ظرف،مخروطی و قیفی) پارامترهای قابل کنترل مهم برای رسیدن به فرم مطلوب در فرآیند شکل دهی فلزات با لیزر، سرعت حرکت، توان لیزر و همچنین نوع مسیر می باشد. در این پایان نامه، شبیه سازی عددی به منظور بررسی اثر 7 مسیر مختلف لیزر از جمله مسیرهای مارپیچ فرما، مارپیچ ارشمیدس، مارپیچ ارشمیدس با شروع از مرکز، مارپیچ فرما به صورت کامل ، رز 5 پر و دوایر متوالی (به صورت پیوسته و منقطع)، برای رسیدن به فرم کلاهک عدسی از یک ورق دایره ای مورد بررسی قرار گرفت، سپس نتایج شبیه سازی مسیر های مختلف در توان و سرعت ثابت، با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفتند. مقایسه ی تغییرات جابجایی سطح ورق دایره ای و همچنین شعاع انحنای کلاهک عدسی شکل برای مسیر های مختلف نشان داد که بیشترین ارتفاع و انحنا متعلق به مسیر ارشمیدس با شروع از مرکز بوده، ولی به دلیل وجود عیب اعوجاج لبه، این مسیر برای تولید عدسی مناسب نبوده ، مارپیچ فرمای کامل برای تولید قطعات عدسی شکل،نتیجه بهتری می دهد. آزمایش های تجربی با استفاده از پارامترهای سرعت و توان مناسب که از شبیه سازی ها بدست آمد و بر اساس بهترین مسیری که در شبیه سازی ها شناسایی شد، انجام شد. نتایج بدست امده از شبیه سازی با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفته و خطای میانگین آزمایش تجربی و شبیه سازی 8/9 درصد بدست آمد که مطابقت خوبی را نشان می دهد.

طراحی پیش فرم مناسب با توجه پیچیدگی فرم هندسی قطعات و بیشترین کرنش قابل اعمال مجاز به قطعه، می تواند باعث پر شدن کامل قالب، کاهش نیروهای آهنگری، افزایش عمر قالب و بهبود کیفیت قطعه تولیدی شود. در این تحقیق طراحی پیش فرم برای قطعه نامتقارن فولادی بلند، با استفاده از روش خطوط هم پتانسیل الکتریکی و روش توزیع جرمی صورت گرفته و نتایج بدست آمده از شبیه سازی اجزای محدود فرایند با آزمایشات تجربی مقایسه شده است. اختلاف پتانسیل الکتریکی بین لقمه اولیه و فرم نهایی ایجاد شده و خطوط هم پتانسیل بین آنها به کمک نرم افزار abaqus استخراج شده است. در ادامه با انجام طراحی آزمایش و تحلیل در نرم افزار deform-3d با درنظر گرفتن کمترین میزان نیروی لازم برای شکل دهی و واریانس تنش و کرنش، بهترین پیش فرم از میان پیش فرمهای موجود انتخاب شده است. در نهایت قالب فورج بسته مربوط به پیش فرم طراحی شده به کمک روش خطوط هم پتانسیل الکتریکی ساخته شد و مورد آزمایش قرار گرفت. برای اثبات کارآمدی پیش فرم بدست آمده، مقایسه ای بین روش توزیع جرمی و روش خطوط هم پتانسیل الکتریکی انجام گرفت که نتایج بدست آمده نشان دهنده یکنواختی 45 درصدی توزیع کرنش، کاهش 12 درصدی نیروی آهنگری و کاهش 137 گرمی دور ریز مواد اولیه بوده است.

شکل دهی فلزات با استفاده از لیزر، یک فناوری جدید در شکل دهی ورق های فلزی می باشد که در سال های اخیر بطور فزاینده ای افزایش پیدا کرده است. یکی از مزایای اساسی فرآیند شکل دهی با لیزر برخلاف روش های سنتی، غیرتماسی بودن این روش می باشد که همین امر شکل دهی فلزات از جنس های مختلف، از جمله شکل دهی مواد ترد را ممکن ساخته است. فوم های فلزی، یک دسته از مواد جدید می باشند که شکل دهی آ ن ها با استفاده از روش های سنتی، بدلیل شکسته شدن آن ها در زاویه های خم پایین، غیر ممکن است. هدف اصلی این پایان نامه بررسی عددی وتجربی شکل پذیری ورق های فوم فلزی سلول بسته با استفاده از لیزر می باشد. برای رسیدن به این هدف و بررسی عددی آن، ابتدا یک برنامه در محیط ماکروی نرم افزار کتیا به منظور مدل کردن این ورق ها ارائه شد که قادر است با کم کردن تصادفی حفره هایی کروی با اندازه های تصادفی، فوم حفره بسته را مدل کند. سپس با وارد کردن فوم مدل شده به نرم افزار آباکوس و شبیه سازی فرآیند شکل دهی با لیزر، شکل دهی این ورق ها بررسی شد. در ادامه، برای بررسی تاثیر پارامتر های لیزر بر روی زاویه خمش این ورق ها چند تحلیل عددی انجام شد که در این تحلیل ها اثر قطر پرتو لیزر بر روی زاویه خمش مورد بررسی قرار گرفت. به دلیل زیاد بودن تعداد المان ها هنگام تحلیل و زمانگیر بودن تحلیل ها چند آزمایش تجربی دیگر به منظور بررسی اثر قدرت پرتو لیزر، سرعت عبور پرتو لیزر و همچنین تعداد پاس های اسکن برروی زاویه خمش این ورق ها انجام شد. مقایسه چگالی نسبی و مشخصات فوم های مدل شده با فوم های واقعی نشان داد که فوم مدل شده با انطباق خوبی می تواند رفتار فوم های واقعی را پیش بینی کند. همچنین مقایسه نتایج بدست آمده از آزمایش تجربی با نتایج شبیه سازی، نشان می دهد که روند ارائه شده برای شبیه سازی فرآیند شکل دهی با لیزر می تواند با خطای کمی زاویه خمش این ورق ها را پیش بینی می کند.

مطالعه تجربی زاویه خم در خمش فوم های فلزی با استفاده از لیزر و بررسی پارامترهای موثر بر آن

در این پایان نامه، هدف تعیین فشار بحرانی پارگی و در واقع مرز بالای محدوده ی کاری مجاز در این فرایند است. مدلهای تحلیلی جهت بررسی تغییر شکل قطعه ی دولایه مخروطی در فرایند تدوین شده و روابط تحلیلی برای تعیین فشار بحرانی پارگی بر مبنای معیار ناپایداری کششی کرنش صفحه ای و معیار تسلیم بارلات-لاین 1989 ارائه گردیده است. اثر پارامترهای مختلف فرایند بر فشار بحرانی با کمک مدلهای تئوری ارائه شده، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داده است که با افزایش توان کرنش سختی، ضخامت ورق، شعاع نوک سنبه، و مقادیر ناهمسانگردی، فشار بحرانی پارگی افزایش یافته و با افزایش نسبت کشش و ضریب اصطکاک در ناحیه فلنج، فشاربحرانی پارگی کاهش می یابد و گستره ی ناحیه ی کاری مجاز محدودتر می شود. آزمایش های تجربی با هدف ارزیابی روابط تحلیلی با استفاده از ورق هائی از جنس st13وal1050 انجام گرفته است و مشاهدات تجربی انطباق قبولی با نتایج تحلیلی نشان می دهد.