Geri Dön

Laser kesim parametrelerinin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi

Analysis of laser cutting parameters with finite element method

PDF İndir

  1. Tez No: 389247
  2. Yazar: FARUK SOYDAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. CELALETDİN ERGUN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 115

Özet

Laser teknolojisi günüzmüde kendisi için sanayide bir çok uygulama alanı bulmustur. Laser teknolojisinin malzeme kesme alanında kullanılması ile birlikte, kalıp yatırımını kurtarmayacak, karmasık sekilli parçalar kolaylıkla ve ekonomik bir sekilde üretilme imkanı bulmaktadır. Çalısmalar ilk olarak laser ısınının olusma sekli, üretilen noktadan parça üzerine iletilme sekli ve laser ısını ile malzeme etkilesimi hakkında literatür incelemesi yapılarak baslanmıstır. Literatür incelemeleri sonrasında laser kesime etki eden parça kalınlığı, kesme hızı, kesme gücü ve malzeme etkisinin laser kesim prosesinin kalite ve verimine etki eden en önemli değiskenler olduğu belirlenmistir. Tez kapsamında laser kesimi en çok etkileyen parametreler olan parça kalınlığı, laser hızı, laser gücü ve malzemenin etkisini incelemek maksadı ile Ansys paket programı kullanılarak 3 boyutlu bir sonlu elemanlar modeli olusturulmustur. Analizler esnasında ergime sıcaklığının asılması durumunda ergimenin olusacağını gösterebilmek için, meshlerin öldürülmesi parametresi tanımlanmıstır. Seçilen parametrelerden sadece parça et kalınlığının değisken olarak seçilmesi durumunda sabit olarak seçilen hız ve güç değerleri için ince parçanın sorunsuz olarak kesilmesi sağlanabilirken, kalın parçanın kesimi tam olarak gerçeklesmeyebilmektedir. Aksi durumda ise kalın parçanın kesilebilmesini mümkün kılacak kesme hızı ve gücü değerlerinin seçilmesi durumunda, ince parça üzerinde bosaltılan malzem mikarının artacağı, ITAB'ın genisleyeceği ve islem veriminin düseceği sonucuna ulasılmaktadır. Seçilen parametrelerden tüm değiskenlerin sabit tutulup, kesme hızının değistirildiği durumda kesme hızının arttırılması durumunda ITAB'ın daha dar ve bosaltılan malzeme miktarının ise daha az olduğu gözlemlenmistir. Ancak hızın arttırılması parçanın kesme yüzeyinde olusan açıyı olumsuz yönde etkileyeceğinden verim ve kalite arasında bir optimizasyon yapılması gerekmektedir. Seçilen parametrelerden sadece kesme gücünün değisken olarak alınması durumunda kesme gücünün yüksek olduğu analizlerde malzeme bosaltma miktarının ve ITAB'ın fazla olduğu gözlemlenmistir. Ancak yüksek güç kesme yüzeyinde olusan açının azalması konusunda fayda sağladığı gözlemlenmistir. Malzeme değisikliğinin laser kesim islemi üzerindeki etkisini incelmek için St-37, AISI 304 ve Al 2024 malzemeler seçilerek analizlerde kullanılmıstır. Yapılan analizlerde malzemenin ısıl iletil katsayısının, yoğunluğunun ve özgül ısısının kesme yüzeyi, ITAB ve malzeme bosaltma miktarı üzerinde direk etkileri olduğu belirlenmistir. Ayrıca laser ile kesme isleminde kesme gücünün etkisini daha iyi anlayabilmek için 100W'tan baslayarak değisik aralıklarla 2000W'a kadar kesme gücü değistirilmistir. Analiz sonuçları ile kesme açsıının belirli bir güç seviyesine kadar arttığı, belirli bir güç seviyesinin üzerinde ise açıda iyilesme olmadığı belirlendi.

Özet (Çeviri)

In history of science, development of laser has been an important chapter. History of laser technology began with Albert Einstein in 1917. Stimulated emission concept which is utilized in lasers, was developed by Einstein. The word“ laser”stands for“ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”The light emitted by a laser is electromagnetic radiation. Properties of laser light specify the application area of lasers. These properties are monochromaticty, directionality, the spatial and temporal charastics of laser beams, coherence properties, radiance, the capability to focus to a small spot, very limited heat affected zone occurrence, high efficiency and the high power levels. Conventional lasers are well developed and widely available. These inculude gas lasers such as helium-neon, argon, CO2, solid state lasers like Nd: YAG and semi conductor lasers. Although a laser was a fragile device, requiring considerable care and maintance. At the present time, lasers became durable, reliable and reasonably economical to operate. Intense pulses of light energy produced by laser leads to many applications involving heating, melting and vaporization. Lasers used in metal working is able to deliver very high values of irradiance to a workpiece. The knowledge of physical processes that occur during the interaction of high power laser radiation with materials is important to understanding the capabilities and limitations of laser based material processing. When laser radiation strikes a target surface, part of laser beam is absorbed and part is reflected. The energy that is absorbed begins to heat the surface. The heating effects due to absorption of high power beams can occur very rapidly. The surface quickly rises to its melting temprature. Laser – induced melting is of interest because of welding applications. Material processing refers to a variety of industrial operations. In these operations the laser operates on a workpiece to modify it, for example, by melting it or removing material from it. Some of the possible applications include welding, hole drilling, cutting, trimming of electronic components, heat treating, brazing and alloying. Properties of laser light that enable material processing applications are its collimation, radiance, and focusability. Because of these properties, laser light can be concentrated by a lens to achieve extremely high irradiance at the surface of a workpiece. Lasers may be used to cut or shape a wide variety of materials. Cutting means vaporization of material along a line, so as to separate the workpiece into separate parts. This method generally is used to cut plastic, wood, paper and ceramic metarials. Because these materials do not have observable melting point. For metal materials cutting means melting of metarial with high efficency. In this study, firstly literature research including generation of laser beam , transfer of the laser beam from resonator to workpiece and laser beam properties, optical properties and interaction of laser radiation with materials is done. After then laser technology efficently used manufacturing processes are investigated. Among this process laser cutting process was focused on. When laser cutting method investigated particularly, lots of parameters affect cutting process considered and the most important parameters are defined as material properties, workpiece thickness, cutting velocity and cutting power. After investigated effect of this parameter and a 3D laser cutting model generated by using finite element method (FEM). The aim was to develop cutting surface quality and define the parameter values to obtain an efficient cutting process. Different sheet metal thickness is used in industry because of different requirements. In this study, 1 mm and 2 mm material thickness is used as industrial demand. If only material thickness is changed (fix cutting velocity, cutting power and same material), cutting process is completed without problem for thiner work piece. Under same condition, Some problems can be observed for thick work piece cutting. Cutting surface angle can be bigger than thiner work piece cutting surface angle or laser can not be completely removed material. To solve these problems cutting power or cutting velocity can be increased. But at that time, heat affected zone and removed material will be increased. In this study, only 2 different metarial thickness is used to compare each other. But analysis model can produce sufficeient results to support different metarial thickness. Another important parameter which used in analysis is laser cutting velocity. Cutting velocity must be fastest to increase efficiency and reduce unit cost. High velocity also decerase heat effected zone. All parameters are choosen as fix, only cutting velocity is changed from 1 m / min to 2 m / min for some analysis to understand effect of the cutting velocity. If cutting velocity is increased, heat affected zone and removed material will be decreased. But higher cutting velocity has bad effect on the cutting surface angle. Cutting velocity very important parameter on the laser cutting performance. To decrease cutting time, higher cutting velocity should be choseen. But cutting surface angle should be taken precaution. In this study, only two different velocity is used, but model can support different cutting velocities which used in the industry. Laser cutting power is another important parameter. It affects efficency, unit cost , heat effected zone and cutting angle directly. All parameters are choosen as fix, only cutting power is changed from 1000W to 2000W in some analysis to show affect of cutting power. Only According anaysis, when higher laser power is used, removed material and heat affected zone are larger than other. To increase efficency and reduce removed material value, lower cutting power level should be used. But lower cutting power increases angel on the cutting surface. So an optimisation is necccesary between efficiency and cutting angle. 1000W and 2000W cutting powers are used to define effect of cutting power. But different cutting powers can be used in this model. Extra analysis (8 different analysis) are performed from 100 W to 2000W to show model capability. And model solved all of the analysis with sufficient results. Different materials are used in the industry as a machine part. So laser cutting process must be applicable method for different materials to support industrial demands. Otherwise laser cutting method can be used for only special purpose applications. St-37, AISI304 and Al 2024 are the most preferred materilas in the industry. St-37, AISI 304 and Al 2024 materials have been used to analysis for investigate material effect on the laser cutting operation. Those materials have different melting temprature, coefficient of thermal conduction, specific heat and density. According to analysis results, material heat conductivity, density, specific heat cutting surface have been directly affected on the heat affected zone and material cutting ratio. Additonal analysis are performed to understand effect of power change on the cutting surface angle. Analysis are repeated for 100 W, 250 W, 300 W, 400 W, 500 W, 900W, 1000 W and 2000 W. All of the other parameters were same to compare analysis results. When we compare analysis results, effect of the cutting power is observed clearly.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    546920

    Soğuk dinamik gaz püskürtme (SDGP) yöntemi ile üretilen kaplamaların mekanik özelliklerinin simülasyon destekli incelenmesi

    Simulation assisted examination of mechanical properties of coatings produced by CGDS method

    AYÇA DEMİRER KAHRAMAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Makine MühendisliğiManisa Celal Bayar Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. OSMAN ÇULHA

  2. Tez No

    467060

    Atmosferik plazma sprey yöntemiyle üretilmiş %6 – 8 YSZ termal bariyer kaplamaların porozitesinin yapay sinir ağları ile modellenmesi

    Artificial neural networks modeling of porosity of 6 - 8% YSZ thermal barrier coatings produced with atmospheric plasma spray method

    UTKU ORÇUN GEZİCİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL YILMAZ TAPTIK

  3. Tez No

    549621

    Esnek manipülatörün modellenmesi ve kontrolü

    Modelling and control of flexible manipulator

    BERKAN HIZARCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SERHAT İKİZOĞLU

  4. Tez No

    459629

    Experimental and finite element analysis of residual stresses in cold tube drawing with a fixed mandrel for AISI 1010 steel

    AISI 1010 çeliğinin sabit mandrel ile soğuk boru çekme işleminde oluşan kalıntı gerilmelerinin deneysel ve sonlu elemanlar analizi

    JABBAR KASIM JABBAR GATTMAH

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine MühendisliğiYıldırım Beyazıt Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SADETTİN ORHAN

    DOÇ. DR. FAHRETTİN ÖZTÜRK

  5. Tez No

    665187

    Derin kazıların sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi ve analizi

    Modelling and analysis of deep excavations with finite element method

    MUHAMMED SAİD HATİNOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SABRİYE BANU İKİZLER

Geri Dön