مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بررسی عددی فرایند خمکاری به کمک لیزر لوله‌های سوراخ‌دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران
10.22034/ijme.2025.550425.2136
چکیده
لوله‌های سوراخ‌دار، استوانه‌های توخالی هستند که با مجموعه ای از سوراخ­های یکنواخت که در ساختار لوله ایجاده شده‌اند مشخص می­شوند. ویژگی‌های لوله‌های سوراخ ­دار، استفاده از آن­ ها را در طیف گسترده­ای از کاربردها از جمله: سیستم‌های فیلتراسیون، عناصر معماری، مهندسی شیمی و فرایند، هوافضا و خودرو، کاربردهای کشاورزی و غیره امکان پذیر می­ سازد. در این پژوهش فرایند خمکاری به کمک لیزر لوله­ های سوراخ‌دار به صورت شبیه­ سازی عددی بررسی می­ شود. جهت انجام شبیه ­سازی­ های عددی از نرم افزار المان محدود تجاری آباکوس استفاده می‌شود. بدین منظور اثر مهمترین پارامترهای ورودی فرایند شامل توان خروجی لیزر، سرعت اسکن لیزر و تعداد سوراخ واقع بر مسیر تابش ­دهی بر جابجایی‌های عمودی و جانبی لبه آزاد لوله خمکاری شده به کمک لیزر مورد بررسی قرار می­ گیرند. جابجایی عمودی لبه آزاد لوله همان خمش اصلی لوله می­ باشد در حالی­ که جابجایی جانبی لبه آزاد یک پدیده و اثر نامطلوب بوده که منجر به کاهش دقت ابعادی لوله‌های خمکاری شده به کمک لیزر می­ شود. نتایج نشان می­ دهند که با افزایش توان لیزر جابجایی­ های عمودی و جانبی لبه آزاد لوله خمکاری شده با لیزر افزایش می ­یابند. از طرف دیگر افزایش سرعت اسکن لیزر منجر به کاهش جابجایی­ های عمودی و جانبی لبه آزاد می‌شود. همچنین با افزایش تعداد سوراخ ­های واقع بر مسیر تابش ­دهی جابجایی عمودی لبه آزاد لوله کاهش می ­یابد در حالی­ که که جابجایی جانبی زیاد می ­شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical investigation of laser bending process of perforated tubes

نویسندگان English

Mehdi Safari
Danesh Daneshpour
Department of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
چکیده English

Perforated tubes are hollow cylinders characterized by a pattern of uniform holes created in their tubular structure. The properties of perforated tubes enable their use in a wide range of applications, including filtration systems, architectural elements, chemical and process engineering, aerospace and automotive, agricultural applications, and more. In this study, the laser bending process of Perorated tubes is investigated through numerical simulation. The commercial finite element software Abaqus is used for the numerical simulations. To this end, the effects of the most important input parameters of the process, including laser output power, laser scanning speed and the number of holes located along the irradiation path, on the vertical and lateral displacements of the free edge of the laser-bent tube are investigated. The vertical displacement of the tube's free edge represents the main bending of the tube, while the lateral displacement of the free edge is an undesirable phenomenon and effect that leads to a reduction in the dimensional accuracy of the laser-bent tubes. The results show that by increasing the laser power, the vertical and lateral displacements of the free edge of the laser-bent tube increase. On the other hand, increasing the laser scan speed leads to a decrease in the vertical and lateral displacements of the free edge. Moreover, with an increase in the number of holes located along the irradiation path, the vertical displacement of the free edge of the tube decreases, while the lateral displacement increases.

کلیدواژه‌ها English

Laser Bending
Perforated Tube
Laser Output Power
Laser Scanning Speed
[1] Khatir FA, Sadeghi MH, Akar S. Investigation of surface integrity in laser-assisted turning of AISI 4340 hardened steel: Finite element simulation with experimental verification. Optics & Laser Technology. 2022 Mar 1;147:107623. doi: 0.1016/j.optlastec.2021.107623
[2] Khatir FA, Sadeghi MH, Akar S. Investigation of surface roughness in laser-assisted hard turning of AISI 4340. Materials Today: Proceedings. 2021 Jan 1;38:3085-90. doi: 10.1016/j.matpr.2020.09.480
[3] Safari M, Alves de Sousa R, Joudaki J. Comprehensive assessment of laser tube bending process by response surface methodology. steel research international. 2023 Feb;94(2):2200230. doi: 10.1002/srin.202200230
[4] Imhan KI, Baharudin BT, Zakaria A, Ismail MI, Alsabti NM, Ahmad AK. Improve the material absorption of light and enhance the laser tube bending process utilizing laser softening heat treatment. Optics & Laser Technology. 2018 Feb 1;99:15-8. doi: 10.1016/j.optlastec.2017.10.012
[5] Hao N. On the process parameter of laser tube bending. In2010 International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering 2010 Jun 26 (pp. 5880-5883). IEEE. doi: 10.1109/MACE.2010.5534296
[6] Imhan KI, Baharudin BT, Zakaria A, Alsabti NM, Ahmad AK. An analytical and experimental investigation of average laser power and angular scanning speed effects on laser tube bending process. InMATEC Web of Conferences 2017 (Vol. 95, p. 05008). EDP Sciences. doi: 10.1051/matecconf/20179505008
[7] Imhan KI, Baharudin BT, Zakaria A, Ismail MI, Alsabti NM, Ahmad AK. Investigation of material specifications changes during laser tube bending and its influence on the modification and optimization of analytical modeling. Optics & Laser Technology. 2017 Oct 1;95:151-6. doi: 10.1016/j.optlastec.2017.05.020
[8] Guan YJ, Zhang HM, Sun S, Zhao GQ. Numerical Study on Influences of Process Parameters on Laser Tube Bending. Advanced Materials Research. 2011 Jan 31;148:590-4. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.148.590
[9] Imhan KI, Baharudin BT, Zakaria A, Ismail MI, Alsabti NM, Ahmad AK. Features of laser tube bending processing based on laser forming: a review. Journal of Lasers, Optics & Photonics. 2018 Feb;5(1):1000174. doi: 10.4172/2469-410X.1000174
[10] Hao NH, Gai YL. On the Three-Dimensional Laser Bending of Metal Tubes. Applied Mechanics and Materials. 2012 Oct 5;197:297-301. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.197.297
[11] Li W, Yao YL. Laser bending of tubes: mechanism, analysis, and prediction. J. Manuf. Sci. Eng.. 2001 Nov 1;123(4):674-81. doi: 10.1115/1.1390611
[12] Khandandel SE, Seyedkashi SM, Hoseinpour Gollo M. Effect of cooling on bending angle and microstructure in laser tube bending with circumferential scanning. Iranian Journal of Materials Forming. 2020 Apr 1;7(1):14-23. doi: 10.22075/IJMF.2020.17161.1348
[13] Li F, Liu S, Shi A, Chu Q, Shi Q, Li Y. Research on laser thread form bending of stainless steel tube. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2019 Jun 1;20(6):893-903. doi: 10.1007/s12541-019-00573-8
[14] Guan Y, Yuan G, Sun S, Zhao G. Process simulation and optimization of laser tube bending. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013 Mar;65(1):333-42. doi: 10.1007/s00170-012-4019-1
[15] Safari M. A study on the laser tube bending process: Effects of the irradiating length and the number of irradiating passes. Iranian Journal of Materials Forming. 2020 Apr 1;7(1):46-53. doi: 10.22075/IJMF.2020.16488.1277
[16] Zhang P, Liu H. Thermal deformation behaviors of laser rectangular tube bending. In2010 International Conference on Computer, Mechatronics, Control and Electronic Engineering 2010 Aug 24 (Vol. 6, pp. 398-401). IEEE. doi: 10.1109/CMCE.2010.5559737
[17] Safari M. A study on main and lateral bending angles in laser tube bending process. Journal of Stress Analysis. 2021 Mar 1;5(2):33-40. doi: 10.22084/jrstan.2021.23127.1163