بررسي عددي و تجربي فرآيند سوراخكاري ليزري سوپرآلياژ اينكونل 718 و بهينه سازي آن توسط روش رويه پاسخ

Numerical and experimental investigation of laser drilling process of Inconel 718 superalloy and optimization of it by response surface methodology

در اين مقاله به شبيه­ سازي فرآيند سوراخكاري ليزر فيبري سوپر آلياژ اينكونل 718 به ضخامت 1 ميلي­ متر، با روش اجزاء محدود پرداخته شده­ است. با استفاده از روش رويه پاسخ تاثير پارامترهاي فركانس پالس ليزر (150 تا 550 هرتز)، توان ليزر (200 تا 500 وات)، موقعيت صفحه كانوني ليزر (0/5- تا 0/5+ ميلي­ متر) و درصد زمان روشني پالس (30 تا 70 درصد) به عنوان متغيرهاي ورودي در 5 سطح و دو پارامتر خروجي قطر ورودي سوراخ و زاويه مخروطي به عنوان پاسخ­هاي طرح بررسي شدند. نتايج تحليل­ هاي آماري نشان دادند كه پارامترهاي ورودي و خروجي داراي نسبت مستقيم هستند. با افزايش متغيرهاي ورودي قطر سوراخ ورودي و زاويه مخروطي سوراخ افزايش يافت. صحه گذاري مدل توسط نتايج آزمايشگاهي فرآيند انجام پذيرفت. با استفاده از نتايج شبيه ­سازي­ و تحليل ­هاي صورت گرفته، فرآيند سوراخكاري ليزري به كمك روش تابع مطلوبيت كل، بهينه­سازي گرديد. در نهايت شبيه سازي تنش­هاي پسماند اين فرآيند در حالت پارامترهاي بهينه انجام شد. مقدار تنش پسماند ايجاد شده روي سطح ورق، داراي بيشترين مقدار (0/14 مگاپاسكال) مي ­باشد و با افزايش فاصله از سطح قطعه كار، مقدار تنش پسماند كاهش يافت.

In this paper, the simulation of fiber-laser drilling process of Inconel 718 superalloy with the thickness of 1mm is investigated through the Finite Element Method. The influence of process parameters i.e. laser pulse frequency (150 to 550 Hz), laser power (200 to 500 watts), laser focal plane position (-0.5 to +0.5 mm) and the duty cycle (30 to 70%) were investigated in 5 levels and two external parameters i.e. the hole's entrance diameter and hole taper angle, were observed to be the process output responses. By performing the statistical analysis, the input and output parameters were found to have a direct relation with each other. By an increase in each of the input variables, the hole's entrance diameter and the hole taper angel increase. Verification of model was performed by experimental results. The results of the conducted simulations and statistical analyses having been used, the laser drilling process were optimized by means of the desire ability approach. Finally, residual stress simulation of this process was carried out at optimum setting. The residual stress value on the surface of sheet is maximum (0.14 MPa) and this value decreases with increasing distance from the surface of the sample.