بررسی خمکاری ورق با لیزر

خمکاری ورق با لیزر یک فناوری است که به تازگی به منظور شکل دهی اجزا فلزی توسعه یافته است.

فرایند به وسیله اعمال تنش های حرارتی به ورق فلزی به وسیله تشعشع کنترل شده یک پرتو لیزر غیر متمرکز به دست می آید.

در فرایند خمکاری ورق با لیزر شکل و موقعیت یک خم به وسیله شدت تابش، سرعت اسکن، اندازه پرتو و موقعیت دهی پرتو لیزر که همگی از متغیرهای فرایند هستند و می توانند از طریق کنترل الکترونیکی تنظیم یا تغییر داده شوند، تعیین می شود.

در تکنیک های شکل دهی سنتی همچون خمکاری، کشش، پرسکاری و … ابزارهای سنگین مخصوص و اعمال نیروهای خارجی به منظور تبدیل ورق فلزی به قطعه مورد نیاز است که در این روش ها فرایند از طریق تغییر ابزار یا تغییر ساختار ماشین فرم دهی تغییر داده می شود.

بنابراین بزرگ ترین مزیت تکنیک لیزر فرمینگ نسبت به روش های سنتی برای تولیدات کم را می توان در انعطاف پذیری و کاهش قیمت و زمان تولید بر شمرد.

کاربردهای بالقوه امیدبخشی از فرایند خمکاری ورق با به منظور شکل دهی در ابعاد ماکرو در پیش نمونه سازی سریع و تصحیح شکل در صنایع اتومبیل، هوا فضا و کشتی سازی ایجاد نموده است.

خمکاری ورق با در ابعاد میکرو به منظور تنظیم دقیق اجزا در صنایع میکرو الکترونیک از دیگر کاربردهای خمکاری ورق استیل با است و چندین روش میکرو تنظیم با لیزر هم اکنون تحت بررسی و توسعه است.

شکل زیر نمونه قطعه فرم داده شده با لیزر را نشان می دهد.

نمایشی از یک ورق تقریبا به طور کامل تا شده که با استفاده از تکنیک خمکاری ورق با لیزر چند پاسه از یک ورق تخت فلزی به وجود آمده است.

تاریخچه خمکاری ورق با لیزر فرمینگ:
منشا لیزر فرمینگ به خمکاری ورق شعله ای که در ساخت بدنه کشتی استفاده می شود بر می گردد. از خمکاری شعله ای به منظور اصلاح اعوجاج های ناخواسته که بر اثر جوشکاری و دیگر فرایندهای حرارتی ایجاد می شود استفاده می شود.

به علت دستی بودن فرایند، خمکاری شعله ای وابستگی شدیدی به تجارب تکنسین های ماهر دارد و بنابراین رویه تجربی و عدم اتوماسیون فرایند بهره وری آن را پایین آورده است.

با جایگزینی منبع حرارتی توسط یک لیزر قابلیت کنترل بسیار بالاتری می تواند حاصل شود. این امر منجر به ایجاد یک فرایند با پتانسیل قوی برای کاربرد در پیش نمونه سازی قطعات و تنظیم ناهمراستایی اجزا می گردد.
تشریح فرایند خمکاری ورق:
در ابتدا ورق فلزی بر روی یک ماشین CNC از یک طرف محکم بسته می شود. گرمایش به وسیله پرتو لیزر بر روی یک وجه از سطح ورق فلزی در طول یک خط انتخاب شده، رخ می دهد.

با تنظیم پارامترهای لیزر همچون توان لیزر، نرخ تغذیه و قطر پرتو از ذوب سطحی ماده جلوگیری می شود. ورق فلزی در ناحیه گرم شده منبسط می شود و تنش های حرارتی به علت ممانعت ماده اطراف آن تولید می شود.

تنش های حرارتی منجر به ایجاد یک زاویه خم در ورق فلزی می شود. انواع لیزرهای صنعتی که به عنوان منبع پرتو استفاده می شوند شامل اگزایمر دی اکسید کربن و نئودیم هستند.

انتخاب لیزر وابسته به کار مورد نظر است. لیزر اگزایمر به خاطر طول پالس بسیار کوتاهش می تواند به منظور تولید قطعات با ابعاد طولی و عرضی در رنج 10 میکرومتر استفاده شوند.

اگرچه خمکاری ورق با لیزر به جای نیروهای خارجی از انرژی فعال پرتو لیزر استفاده می کند، نیروهای گرانشی کوچکی به وسیله قسمتی از وزن ورق در ناحیه لبه خم القا می شود.

از تأثیر این نیروهای گرانشی می توان صرف نظر کرد مگر اینکه عملیات شامل خمکاری دقیق یک قطعه بزرگ باشد.

معمولا پوشش دهی به منظور جذب بهتر انرژی پرتو لیزر در سطح استفاده می شود. در حالت بدون پوشش دهی، نرخ جذب می تواند به وسیله نور پلاریزه شده یا استفاده از لیزر Nd:YAG افزایش یابد.

مسیر لیزر وابسته به شکل مطلوب است. در ساده ترین مورد مسیر ممکن است یک نقطه باشد.

در موارد دیگر مسیر ممکن است یک خط مستقیم در عرض کل قطعه باشد و برای اشکال فضایی و پیچیده مسیر شامل خطوط مماسی و شعاعی بسیار پیچیده است.