مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل‌سازی تجربی فرآیند سوراخکاری ضربه‌ای لیزر یاقوت آلیاژ تیتانیوم (Ti6Al4V)

نویسندگان
مجید قریشی 1
امید روحانی رفتار 2
1 استاد دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی
2 گروه ساخت و تولید، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
چکیده
سوراخکاری با استفاده از لیزر از جمله روش‌های نوین سوراخکاری است که مزایای بسیار آن، کاربرد این فرآیند را گسترش داده است. تحقیق حاضر به بررسی تجربی فرآیند سوراخکاری ضربه‌ای با استفاده از لیزر یاقوت بر روی آلیاژ Ti6Al4V با ضخامت‌های مختلف که پرکاربردترین آلیاژ تیتانیوم است می‌پردازد. در این مقاله اثر پارامترهای ورودی توان بیشینه، عرض پالس، فرکانس، نوع گاز کمکی، فشار گاز و ضخامت نمونه‌ بر روی مهم‌ترین خروجی‌های هندسی سوراخ شامل قطر ورودی، قطر خروجی، زاویه مخروطی، میزان دایروی بودن ورودی و میزان دایروی بودن خروجی سوراخ مورد مطالعه قرار گرفته است. بر روی داده‌های حاصل از آزمایش، تحلیل‌های آماری انجام شده و پارامترهای مؤثر در هر خروجی ارائه گردیده است. برای انجام آزمایشات از روش "طراحی آزمایش‌ها" و برای مدل‌سازی از روش "رویه پاسخ" استفاده شده است. نتایج تحقیق نشان می‌دهند که ضخامت ورق در تمام خروجی‌ها مؤثر است. پس از ضخامت، به ترتیب فرکانس و عرض پالس، توان بیشینه و نوع گاز کمکی مهم‌ترین پارامترهای مؤثر در خروجی‌های فرآیند می‌باشند. فشار گاز کمکی فقط در میزان دایروی بودن ورودی سوراخ مؤثر می‌باشد. در این آلیاژ برای دستیابی به سوراخی با ظرافت بالا توصیه می‌شود توان بیشینه، فرکانس و عرض پالس در سطح پایین و فشار گاز کمکی در سطح بالا قرار گیرد همچنین از گاز نیتروژن به عنوان گاز کمکی استفاده گردد.
کلیدواژه‌ها
سوراخکاری با لیزر
‌ آلیاژ تیتانیوم
طراحی آزمایش‌ها
روش رویه پاسخ

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Modelling of Nd:YAG Laser Percussion Drilling Process of Ti6Al4V Alloy

نویسندگان English

M. Ghoreishi 1
Omid Rohani Raftar 2
1 Department, K.N. Toosi University of Technology
2 Department of Mechanical Engineering, Khajeh Nasir Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Laser percussion drilling is one of the advanced drilling processes that its numerous advantages have extended the applications of this process. This study focuses on experimental investigation of laser percussion drilling using Nd:YAG laser on titanium alloy Ti6Al4V sheets with various thickness which is widely used in industry. In this paper the effects of the input parameters peak power, pulse width, frequency, assist gas type, gas pressure and sheet thickness on the most important process outputs include hole entrance diameter, hole exit diameter, hole taper angle, hole entrance circularity and hole exit circularity were studied. Statistical analysis was employed to analyze the experimental data and significant parameters in each response are presented. For conducting the experiments “Design of Experiments” method and for modelling “Response Surface Methodology” were used. The results obtained show that sheet thickness affects all outputs. After that frequency and pulse width, peak power and assist gas type respectively are the most significant parameters influence process outputs. Gas pressure only affects the hole entrance circularity. For this alloy to achieve a hole with high quality, it is recommended to work at lower peak power and frequency, shorter pulse width and higher assist gas pressure with Nitrogen as assist gas.

کلیدواژه‌ها English

Laser percussion drilling
Titanium alloy
Design of Experiments
response surface methodology
[1] B. S. Yilbas, Z. Yilbas, Parameters Affecting Hole Geometry In Laser Drilling Of Nimonecs 75, Proceeding of the OE LASE'87 and EO Imaging Symposium, pp. 87-91, 1987.
[2] B. S. Yilbas, Investigation into drilling speed during laser drilling of metals, Optics & Laser Technology, Vol. 20, No. 1, pp. 29-32, 1988.
[3] B. S. Yilbas, Parametric study to improve laser hole drilling process, Materials Processing Technology, Vol. 70, No. 1, pp. 264-273, 1997.
[4] S. Bandyopadhyay, J. Sundar, G. Sundararajan, S. Joshi, Geometrical features and metallurgical characteristics of Nd: YAG laser drilled holes in thick IN718 and Ti–6Al–4V sheets, Materials Processing Technology, Vol. 127, No. 1, pp. 83-95, 2002.
[5] B. S. Yilbas, A. Aleem, Laser hole drilling quality and efficiency assessment, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, Vol. 218, No. 2, pp. 225-233, 2004.
[6] A. Schoonderbeek, C. A. Biesheuvel, R. M. Hofstra, K.-J. Boller, J. Meijer, The influence of the pulse length on the drilling of metals with an excimer laser, laser applications, Vol. 16, No. 2, pp. 85-91, 2004.
[7] M. Ghoreishi, D. Low, L. Li, Comparative statistical analysis of hole taper and circularity in laser percussion drilling, Machine Tools and Manufacture, Vol. 42, No. 9, pp. 985-995, 2002.
[8] M. Ghoreishi, D. Low, L. Li, Statistical modelling of laser percussion drilling for hole taper and circularity control, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, Vol. 216, No. 3, pp. 307-319, 2002.
[9] L. Li, D. Low, M. Ghoreshi, J. Crookall, Hole taper characterisation and control in laser percussion drilling, CIRP Annals-Manufacturing Technology, Vol. 51, No. 1, pp. 153-156, 2002.
[10] M. Ghoreishi, Statistical analysis of repeatability in laser percussion drilling, Advanced Manufacturing Technology, Vol. 29, No. 1-2, pp. 70-78, 2006.
[11] M. Ghoreishi, O. Nakhjavani, Optimisation of effective factors in geometrical specifications of laser percussion drilled holes, Materials Processing Technology, Vol. 196, No. 1, pp. 303-310, 2008.
[12] M. Moradi, A. Mohazab Pak, A. Khorram, An Experimental Investigation of the Effects of Fiber Laser Percussion Drilling: Influence of Process Parameters, Advanced Design And Manufacturing Technology, Vol. 9, No. 4, 12-24, 2016.
[13] G. G. Vining, S. Kowalski, Statistical Methods for Engineers: Cengage Learning, 2010.
[14] D. C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments, John Wiley & Sons, 2013.
[15] R. H. Myers, D. C. Montgomery, C. M. Anderson-Cook, Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments, Wiley, 2011.
[16] D. C. Montgomery, G. C. Runger, N. F. Hubele, Engineering Statistics, 5th Edition, John Wiley & Sons, 2010.
[17] D. C. Montgomery, E. A. Peck, Introduction to linear regression analysis, John Wiley & Sons, 1992.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 6
مهر 1397
صفحه 165-173