بررسی عددی و تجربی فرآیند سوراخکاری لیزری سوپرآلیاژ اینکونل 718 و بهینه سازی آن توسط روش رویه پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

3 دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله به شبیه­سازی فرآیند سوراخکاری لیزر فیبری سوپر آلیاژ اینکونل 718 به ضخامت 1 میلی­متر، با روش اجزاء محدود پرداخته شده­است. با استفاده از روش رویه پاسخ تاثیر پارامترهای فرکانس پالس لیزر (150 تا 550 هرتز)، توان لیزر (200 تا 500 وات)، موقعیت صفحه کانونی لیزر (5/0- تا 5/0+ میلی­متر) و درصد زمان روشنی پالس (30 تا 70 درصد) به عنوان متغیرهای ورودی در 5 سطح و دو پارامتر خروجی قطر ورودی سوراخ و زاویه مخروطی به عنوان پاسخ­های طرح بررسی شدند. نتایج تحلیل­های آماری نشان دادند که پارامترهای ورودی و خروجی دارای نسبت مستقیم هستند. با افزایش متغیرهای ورودی قطر سوراخ ورودی و زاویه مخروطی سوراخ افزایش یافت. صحه گذاری مدل توسط نتایج آزمایشگاهی فرآیند انجام پذیرفت. با استفاده از نتایج شبیه­سازی­ و تحلیل­های صورت گرفته، فرآیند سوراخکاری لیزری به کمک روش تابع مطلوبیت کل، بهینه­سازی گردید. در نهایت شبیه سازی تنش­های پسماند این فرآیند در حالت پارامترهای بهینه انجام شد. مقدار تنش پسماند ایجاد شده روی سطح ورق، دارای بیشترین مقدار (14/0 مگاپاسکال) می­باشد و با افزایش فاصله از سطح قطعه کار، مقدار تنش پسماند کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Van Dijk M.H., Drilling of aero-engine components: Experiences from the shop floor. New York, 1992.
[2]  Corfe A., Why a laser is better than EDM for drilling. Production Engineer, Vo.62, No.12, pp.13-14, 1983.
[3]  Fakhar Ebrahimi A., Ahmadi Kia H., Study the phenomenon of evaporation, melting and thermal conductivity in the process of laser Drilling. In 7th Students Conference on Mechanical Engineering, Tehran, Iran, 1392.
[4]  Moradi M., Ghoreishi M., Influences of Laser Welding Parameters on the Geometric Profile of Ni-Base Superalloy Rene 80 Weld-Bead. International Journal of advanced manufacturing Technology, Vo.55, No.11, pp.205-215, 2011.
[5]  Moradi M., Ghoreishi M., Torkamany M.J., Modeling and Optimization of Nd:YAG Laser-TIG Hybrid Welding of Stainless Steel. Journal of lasers in Engineering, Vol.27, No. 3-4, pp. 211–230, 2014.
[6]   Moradi M., Mohazab pak A., Statistical modelling and optimization of laser percussion micro-drilling on Inconel 718 sheet using response surface methodology (RSM). Journal of lasers in Engineering, Article in press.
[7]  Abdollahi H., Mahdavinejad R., Ghambari M., Moradi M., Investigation of green properties of iron/jet-milled grey cast iron compacts by response surface method. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, Vol. 228, No. 4, pp. 493–503, 2014.
[8]  Moradi M., Mehrabi O., Azdast T., Benyounis K.Y., Enhancement of low power CO2 laser cutting process for injection molded polycarbonate, Optics & Laser Technology, Vol. 96, pp. 208–218, 2017.
[9]  Khorram A., Ghoreishi M., Laser Assisted Brazing of Inconel 718: The Effects of Process Parameters and Subsequent Optimization, Journal of lasers in Engineering, Vol. 31, pp. 333–350, 2015.
[10]             Moradi M., Mohazab Pak A., Khorram A., An Experimental Investigation of the Effects of Fiber Laser Percussion Drilling: Influence of Process Parameters. International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, Vol. 9. No.4, pp. 7-12, 2016.
[11]             Mishra S., Yadava V., Modeling and optimization of laser beam percussion drilling of thin aluminum sheet. Optics & Laser Technology, Vol.48, pp. 461-474, 2013.
[12]             Ng G.K.L., Li L., The effect of laser peak power and pulse width on the hole geometry repeatability in laser percussion drilling. Optics & Laser Technology, Vol.33, No.6, pp. 393-402, 2001.
[13]             Schoonderbeek A., Biesheuvel C.A, Hofstra R.M., Boller K.J., Meijer J., The influence of the pulse length on the drilling of metals with an excimer laser. Journal of Laser Applications, Vol.16, No.2, pp. 85-91, 2004.
[14]             Tu J., Paleocrassas A.G., Reeves N., Rajule N., Experimental characterization of a micro-hole drilling process with short micro-second pulses by a CW single-mode fiber laser. Optics and Lasers in Engineering, Vol.55, pp. 275-283, 2014.
[15]             Low D.K.Y., Li L., Corfe A.G., Effects of assist gas on the physical characteristics of spatter during laser percussion drilling of NIMONIC 263 alloy. Applied Surface Science, Vol. 154–155, pp. 689-695, 2000.
[16]             Ganesh R.K., Bowley W.W., Bellantone R.R., Hahn Y., A Model for Laser Hole Drilling in Metals. Journal Of Computational Physics, Vo.125, pp. 161-176, 1996 .
[17]             Zhang Y., Shen Z., Ni X., Modeling and simulation on long pulse laser drilling processing. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.73, pp. 429-437, 2014.
[18]             Yan Y., Ji L., Bao Y., Jiang Y., An experimental and numerical study on laser percussion drilling of thick-section alumina. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 212, No.6, pp. 1257-1270, 2012.
[19]             Collins J., Gremaud P., A simple model for laser drilling, Mathematics and Computers in Simulation, Vol.81, No.8, pp. 1541-1552, 2001.
[20]             Zhang Y., Li S., Chen G., Mazumder J., Experimental observation and simulation of keyhole dynamics during laser drilling. Optics & Laser Technology, Vol.48, pp. 405-414, 2013.
[21]             Moradi M., Salimi N., Ghoreishi M., Abdollahi H., Shamsborhan M., Parameter dependencies in laser hybrid arc welding by design of experiments and by a mass balance. Journal of laser applications, Vol. 26, No. 2, 022004, 2014.
[22]             Khorram A., Ghoreishi M., Soleymani Yazdi M.R.and Moradi M., Optimization of Bead Geometry in CO2 Laser Welding of Ti 6Al 4V Using Response Surface Methodology. Scientific research (Engineering), Vo.3, pp.708-712, 2011.
[23]             Golchin E., Moradi M., Shamsaei S., Laser drilling simulation of glass by using finite element method and selecting the suitable Gaussian distribution, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 13, pp. 416-420, 2015.
[24]             Mills K.C., Recommended values of thermo physical properties for commercial alloys, Wood head Publishing Limited, Abington, 2002.