مدل سازي تجربي فرآيند سوراخكاري ضربه اي ليزر ياقوت آلياژ تيتانيوم (Ti6Al4V)

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

سوراخكاري با استفاده از ليزر از جمله روش هاي نوين سوراخكاري است كه مزاياي بسيار آن، كاربرد اين فرآيند را گسترش داده است. تحقيق حاضر به بررسي تجربي فرآيند سوراخكاري ضربه اي با استفاده از ليزر ياقوت بر روي آلياژ Ti6Al4V با ضخامت هاي مختلف كه پركاربردترين آلياژ تيتانيوم است مي پردازد. در اين مقاله اثر پارامترهاي ورودي توان بيشينه، عرض پالس، فركانس، نوع گاز كمكي، فشار گاز و ضخامت نمونه بر روي مهم ترين خروجي هاي هندسي سوراخ شامل قطر ورودي، قطر خروجي، زاويه مخروطي، ميزان دايروي بودن ورودي و ميزان دايروي بودن خروجي سوراخ مورد مطالعه قرار گرفته است. بر روي داده هاي حاصل از آزمايش، تحليل هاي آماري انجام شده و پارامترهاي موثر در هر خروجي ارائه گرديده است. براي انجام آزمايشات از روش "طراحي آزمايش ها" و براي مدل سازي از روش "رويه پاسخ" استفاده شده است. نتايج تحقيق نشان مي دهند كه ضخامت ورق در تمام خروجي ها موثر است. پس از ضخامت، به ترتيب فركانس و عرض پالس، توان بيشينه و نوع گاز كمكي مهم ترين پارامترهاي موثر در خروجي هاي فرآيند مي باشند. فشار گاز كمكي فقط در ميزان دايروي بودن ورودي سوراخ موثر مي باشد. در اين آلياژ براي دستيابي به سوراخي با ظرافت بالا توصيه مي شود توان بيشينه، فركانس و عرض پالس در سطح پايين و فشار گاز كمكي در سطح بالا قرار گيرد همچنين از گاز نيتروژن به عنوان گاز كمكي استفاده گردد.

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.