فهرست مطالب

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال پنجم شماره 4 (زمستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/11/30
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مریم طالب شمس آبادی، مهدی مدبری فر *، محمدرضا شیخ الاسلامی صفحات 1-12
    در این مقاله، یک نمونه بهبود یافته از یک نوع انکودر خازنی خطی با القای الکترواستاتیک و لغزنده نامقید با قدرت تشخیص بالاتر و خطای کمتر نسبت به نمونه موجود ارائه شده است. انکودر ارائه شده از دو بخش اصلی استاتور و لغزنده تشکیل شده است. هر دو بخش از فیبر مدار چاپی سخت ساخته شده اند. استاتور دارای الکترودهای چهار فاز گیرنده است و لغزنده شامل الکترودهای دو فاز فرستنده می باشد. در این انکودر تغذیه الکتریکی لغزنده از طریق القای الکترواستاتیکی تامین می شود. از این رو، نیازی به اتصال سیم به لغزنده وجود ندارد و لذا این انکودر مناسب برای استفاده در سیستم های کنترلی با فضای محدود است. با بهبود قدرت تشخیص و کاهش خطای این انکودر میتوان به حرکت نرم و دقیق موتورها در سیستم های کنترل حلقه بسته دست یافت. به همین منظور انکودر بهبود یافته به الکترود زمین، بین الکترودهای گیرنده و الکترودهای القایی مجهز شده است تا سبب کاهش تداخل الکترواستاتیک میان این الکترودها و در نتیجه کاهش خطای خروجی شود. به علاوه گام الکترودهای گیرنده و فرستنده ی انکودر کم شده تا قدرت تشخیص بالا رود. یک نمونه ی آزمایشگاهی از انکودر بهبود یافته ساخته شده و عملکرد آن ارزیابی شده است. تایج آزمایشات نشان دهنده بیشینه خطای 15 میکرومتر و قدرت تشخیص 1 میکرومتر می باشد که حاکی از کاهش خطا و بهبود قدرت تشخیص نسبت به نمونه مشابه است.
    کلیدواژگان: انکودر خازنی، انکودر خطی، قدرت تشخیص، لغزنده نامقید
  • مجید سبک روح *، علیرضا آجرلو صفحات 13-25
    جوشکاری قوس فلزی الکترود پوشش دار بر روی فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا در خطوط لوله انتقال گاز طبیعی ایران اهمیت ویژه ای دارد. در این مقاله خواص مکانیکی و متالورژیکی موقعیت های مختلف لوله (با قطر خارجی 36 اینچ و در ساعت های 1:30 - 12، 3 - 1:30، 4:30 - 3 و 4:30 - 6) برای تعیین منطقه بحرانی جوش سر به سر چند پاسه، ناحیه متاثر از حرارت و فلز پایه به وسیله آزمایشهای کوانتومتری، متالوگرافی، کشش، ضربه و سختیسنجی بررسی شد. نتایج آزمون کشش، کمترین میزان استحکام نهایی را (در راستای عمود بر جوش و در موقعیت 3 - 4:30) برابر 463 مگاپاسکال و کمترین انرژی شکست را (در راستای عمود بر جوش و در موقعیت 1:30 - 3) برابر 96 ژول ارزیابی میکند که 61 درصد کاهش نسبت به فلز پایه را نشان می دهد. میزان تغییرات سختی در نواحی و موقعیت های گوناگون ناچیز (کمتر از 5 درصد) است. تصاویر حاصل از آزمون متالوگرافی با میکروسکوپ های نوری و الکترونی نشان می دهد که مقدار پرلیت ناحیه پاس سطح جوش و منطقه تحت تاثیر حرارت نزدیک فلز پایه نسبت به فلز اصلی به ترتیب 12. 5 و 25 درصد کاهش داشته است. مقدار کاهش نیوبیوم در موقعیت 4:30 - 6 نسبت به فلز 0. 025 می باشد.
    کلیدواژگان: فولاد کم آلیاژ استحکام بالا، خطوط انتقال گاز، جوش سر به سر
  • احمد منشوری یگانه، سعید خدایگان *، محمدرضا موحدی صفحات 26-36
    ساخت افزودنی به کمک لیزر بر پایه پودر، یکی از روش های کارآمد ساخت لایه ای است که با استفاده از توان بالای لیزر در ساخت قطعات پلیمری مورد استفاده قرار می گیرد. تنش های حرارتی ناشی از لیزر موجب بروز اعوجاج و انقباض در قطعه می شود. تنش های حرارتی لیزر از گرادیان های حرارتی که توسط لیزر و سایر پارامترهای دستگاه بوجود می آیند، ناشی می شود. کاهش گرادیان های حرارتی موجب کاهش تغییر شکل ها در قطعه و افزایش دقت ساخت می شود. هدف از این مقاله تعیین پارامترهای دمایی شامل دمای پیش گرم یا دمای بستر پودر، دمای محیط، توان اسکن و قطر لکه است به نحوی که گرادیان دمایی کمینه گردد. مدلسازی المان محدود فرآیند تفتجوشی لیزر انتخابی برای پودر پلی آمید-12 انجام شده است. گرادیان حرارتی با تغییر پارامترهای دمایی بر مبنای مدل دمایی اجزاء محدود فرآیند و روش طراحی آزمایش تاگوچی بهینه سازی می شود. به منظور رسیدن به این هدف، ابتدا شبیه سازی المان محدود فرآیند تفتجوشی انتخابی به کمک لیزر برای پودر پلی آمید-12 انجام می شود. جهت صحه گذاری شبیه سازی ها، تست تجربی توسط دستگاه تفتجوشی انتخابی به کمک لیزر انجام شده و نتایج حاصل با مدل المان محدود مقایسه می گردد. سپس با استفاده از روش تاگوچی، آزمایشات در سطوح مختلف طراحی می شود و پارامترهای دمایی بهینه فرآیند بدست می آید. مطابق با نتایج حاصل، پارامترهای بهینه برای کمینه کردن گرادیان حرارتی در دمای پیش گرم 451K، دمای محیط 359K، توان لیزر 10W و قطر لکه 0. 5mm بدست آمده است.
    کلیدواژگان: گرادیان حرارتی، پارامترهای دمایی، تفتجوشی انتخابی به کمک لیزر، مدلسازی اجزاء محدود، ساخت افزودنی
  • مهران قلمی چوبر، غلام حسین لیاقت *، مجتبی صدیقی، حامد احمدی صفحات 37-43
    کامپوزیت های گرمانرم تقویت شده با الیاف به دلیل داشتن چقرمگی بالا نسبت به گرماسخت ها با اقبال مواجه شده اند. در این میان پلی کربنات به دلیل داشتن چگالی پایین، مقاومت گرمایی و ضربه ای بالا مورد توجه ویژه ای قرار گرفته است. در این مقاله، اثر پارامترهای ساخت مانند دما و فشار و همچنین زمان بر خصوصیات مکانیکی چندلایه پلی کربنات/شیشه با استفاده از روش تاگوچی بررسی می شود. برای بررسی اثر پارامترهای مختلف، طراحی آزمایشی با آرایه ی متعامد L9 و سه سطح از زمان و فشار و دما به کمک نرم افزار مینی تب انجام شد. برای این منظور، تیر های کامپوزیتی با آرایش [0] 8 با روش انباشت لایه ها و در دستگاه پرس گرم تولید شدند. آزمایش های خمش سه نقطه ای بر اساس استاندارد مربوطه برای ارزیابی مدول الاستیک و استحکام خمشی انجام شد. مقایسه مدول خمشی و استحکام خمشی برای نمونه های مختلف بررسی و تحلیل شد. نتایج نشان داد دمای 215 درجه سانتیگراد، به دلیل جلوگیری از تخریب زمینه و همچنین کفایت ویسکوزیته، نسبت به دماهای دیگر باعث خصوصیات مکانیکی بالاتری می شود. علاوه بر این بر اساس نتایج، دمای قالب اثر مهم تری نسبت به فشار و زمان بر کیفیت ساخت قطعات دارد. مقادیر بهینه فاکتورها شامل دما، فشار و زمان برای بدست آوردن بیشترین مدول خمشی و استحکام خمشی بر اساس تحلیل نسبت سیگنال به نویز تعیین شد.
    کلیدواژگان: زمینه گرمانرم، پرس گرم، روش تاگوچی، رفتار خمشی، بهینه سازی
  • فرزام میرزاخانی، موسی آیتی، پویا فهیمی، مصطفی باغانی* صفحات 44-55
    در این مقاله به کمک سیم های حافظه دار، یک کنترل کننده ی مدل مبنا برای ردیابی نیروی نوک انگشتان دست مصنوعی توسعه یافته است. جنبه های مختلف مدل سازی ازجمله بررسی استاتیکی، تحلیل انتقال حرارتی و بررسی مکانیزم سیم های حافظه دار که به عنوان عملگر استفاده شده اند مورد مطالعه قرار گرفته است. برای مدل سازی سیم های حافظه دار از مدل برینسون اصلاح شده استفاده شده است. مدل اصلی برینسون قادر به پیش بینی صحیح رفتار آلیاژ حافظه دار نبود بنابراین، برخی اصلاحات بر روی آن صورت گرفته است. برای کنترل اختلاف پتانسیل اعمالی به سیم های آلیاژ حافظه دار و بالتبع آن کنترل جریان ورودی به این سیم ها، یک کنترل کننده براساس مدل آلیاژهای حافظه دار طراحی شده است. هدف اصلی کنترل کننده ی ارائه شده کنترل نیروی انگشت دو درجه آزادی برای گرفتن اجسام مختلف می باشد. مدل شامل مدل سازی آلیاژهای حافظه دار می باشد و برای جبران کردن عدم اطمینان های سیستم از یک جبران ساز پی-آی-دی در یک سیستم مدار بسته استفاده شده است. اثر جبران ساز فقط بر روی حالت هایی از جنس مشتق اعمال می شود که تفاوت مقاله حاضر با کار های مشابه می باشد. نتایج برای یک سیگنال مرجع دلخواه گزارش شد که پاسخ مدل ارائه شده به خوبی آزمایش تجربی را دنبال می نماید. مقادیر نسبی خطای آزمایش های عملی انجام شده برای سیگنال دلخواه بررسی شده برای بیشینه ی فراجهش نرمالیزه %18 می باشد و برای دنبال کردن سیگنال توسط شبیه سازی انجام شده در حدود%5 می باشد.
    کلیدواژگان: آلیاژهای حافظه دار، کنترل مدل مبنا، انگشت مصنوعی، کنترل نیرو
  • مریم خلیلی گشنیگانی، منصور رفیعیان *، محمد مهدی ابوترابی صفحات 56-73
    پدیده چتر در فرایندهای تراش‏کاری همواره مورد توجه محققان علم ماشین‏کاری بوده و تلاش‏های زیادی برای کنترل آن انجام گرفته ‏است. روش‏های فعال کنترل ارتعاشات ‏این قابلیت را دارا هستند که ارتعاشات را به نحو مطلوبی در شرایط مختلف میرا کنند. هدف این مقاله توسعه یک روش فعال، جدید و ارزان برای تشخیص و کنترل پدیده ‏چتر قبل از وقوع چتر در فرایند داخل‏تراشی است که با انجام آزمایش عمل‏کرد‏ آن بررسی می شود. به این منظور ابتدا روش‏های مختلف پردازش سیگنال به طور مختصر ‏مرور و مقایسه می‏شوند تا از بین آن‏ها دو روش که زمان کمتر و دقت بیشتری برای پیش‏بینی وقوع چتر دارند، انتخاب و زمان لازم برای تبدیل از حالت پایدار به ناپایدار از ‏روی سیگنال‏ها تعیین شود. سپس آزمون‏های زیادی با و بدون سیستم کنترلی انجام می شود و در آنها از سیگنال شتاب خروجی از حسگر شتاب که هر 1/0 ثانیه انداره‏گیری ‏می‏شود و دو روش پردازش سیگنال (تبدیل فوریه و چگالی طیفی) به عنوان شاخص وقوع چتر در لحظه اولیه استفاده می شود. آنگاه با استفاده از یک سیستم کنترل فعال ‏دستور لازم برای کاهش سرعت اسپیندل ماشین تراش تولید می‏شود تا سیستم به حالت پایدار خود برگردد. آزمون‏های زیادی با روش استخراج شده برای حالت داخل‏تراشی ‏و با پارامترهای مختلف انجام شد که در همه‏ی آزمون‏ها، اگر فرایند پایدار بود سیستم کنترلی وارد مدار نشد و اگر فرایند به مرحله ناپایداری می‏رسید، در مرحله پیش چتر ‏قبل از شروع چتر و معیوب شدن سطح، پدیده چتر تشخیص و مهار شد. ‏
    کلیدواژگان: کنترل پدیده چتر، فرایند داخل‏ تراشی، تشخیص پدیده چتر
|
  • Maryam Taleb Shamsabadi, * Mehdi Modabberifar, Mohammad reza Sheykholeslami Pages 1-12
    In this paper, an improved sample of capacitive-type linear encoder with untethered slider is presented that has higher resolution and lower error. This encoder has a simple structure consisting of two main parts, stator and slider. Both parts are made of hard PCB. The stator has a sequence of four-phase receiver electrodes and the slider contains two-phase transmitter electrodes. The electrical energy is supplied to transmitter electrodes by the electrostatic induction. Therefore, there is no need to connect any wire to the slider. These features make the encoder to use in limited spaces. By improving resolusion, smooth and precise movement of motors is facilitated in the closed loop systems. Thus, the improved encoder is equipped with two ground electrodes between the receiver electrodes and induction electrodes on the stator board to reduce electrostatic interface between these electrodes. As, output error goes down. In addition, the step of electrodes are reduced to increase resolution. Making an experimental sample of improved encoder and testing it, showed 15µm error in 1µm resolution. This indicates, the error and resolution are improved than the previous one.
    Keywords: Capacitive encoder, linear encoder, resolution, Untethered slider
  • Majid Sabokrouh*, alireza ajolo Pages 13-25
    Shield metal arc welding on the high strength low alloy steels in pipelines to transport natural gas from Iran is of great importance. In this paper, mechanical and metallurgical properties of multi-pass weld in weld zone, heat affected zone (HAZ), and base metal (with 36 inch outside diameter) for determination of critical area is investigated. Also Chemical analysis, metallography, tensile, impact and hardness testes in different positions of pipe (hours 12-1:30, 1:30-3, 3-4:30 and 4:30-6) were carried out. Tensile test results showed the lowest ultimate strength (Vertical to weld and in position 3-4:30) equal to 463mpa, and the lowest energy impact (Vertical to weld and in position 1:30-3) equal to 96J that determine 61 percent reduction compared to the base metal. The amount of hardness variation in different areas and positions is negligible (less than 5 percent). Images of metallographic test made by light and electron microscopes demonstrated that the amount of perlite cap pass weld and heat affected zone near the base metal were decreased compared to main metal to respectively 12.5 and 25 percent. The amount of Nb reduction in position (4:30-6) relative to the base metal is 0.025.
    Keywords: High strength low alloy steel, Gas pipeline, Girth weld
  • ahmad manshoori yeganeh, saeed khodaygan*, Mohammad Reza Movahhedy Pages 26-36
    The laser-assisted additive manufacturing based on the powder is an efficient layer manufacturing process that uses a high-energy laser for the fabrication of polymeric components. The thermal stresses of the laser arise from the thermal gradients generated by the laser and other parameters of the device. Reducing thermal gradients decreases the deformations in the part and increases the fabrication accuracy. The main aim of this paper is to determine the temperature parameters including the preheating temperature or the powder bed temperature, the ambient temperature, scanning power and spot diameter in such a way that the temperature gradient is minimized. The finite element modeling is performed for the selective laser sintering process for polyamide-12 powder. In this paper, thermal gradient by changing temperature parameters based on the temperature model of the finite element and Taguchi experimental design is optimized. In order to reach this aim, the finite element simulation of the selective laser sintering process is first carried out for polyamide-12 powder. In order to verify the simulations, the experimental test is performed by a selective laser sintering device and the obtained results are compared with the finite element model. Then, using the Taguchi method, experiments are designed at the different levels and optimal temperature parameters are obtained. According to obtained results, optimal parameters were obtained to minimize thermal gradients at 451K preheat temperatures, 359K ambient temperature, 10W laser power, and 0.5mm spot diameter.
    Keywords: Thermal Gradient, Temperature Parameters, Selective Laser sintering, Finite Element Modeling, Additive manufacturing
  • Mehran Ghalami, Choobar, Gholamhossein Liaghat*, Mojtaba Sadighi, Hamed Ahmadi Pages 37-43
    Fiber-reinforced thermoplastic composites have drawn much attention due to higher toughness in comparison with thermosets. Polycarbonate is of particular concern because of low weight, high thermal and impact resistance. In this paper, effect of manufacturing parameters such as temperature, pressure and time on mechanical properties of Polycarbonate/Glass laminate is investigated using Taguchi method. In order to evaluate effects of various parameters, an experimental design planned using L9 orthogonal array with three level of time, pressure and temperature with the help of Minitab software. For this, composite beams having arrangement [0]8 were produced in film staking procedure in a hot-pressing apparatus. The 3-points bending tests were carried out to assess manufacturing quality. Comparison of flexural modulus and flexural strength of various specimens were made and the results are commented upon and discussed. Results show that the temperature of 215 Celsius degree results higher mechanical properties than other temperatures because of preventing resin degradation and adequate viscosity. Furthermore, results indicated that the time factor was more significant, than time and pressure, on curing quality. Optimum values of factors such as time, pressure and temperature to achieve higher flexural modulus and flexural strength are determined using analysis of Signal to Noise Ratio (SNR).
    Keywords: Thermoplastic matrix, hot-pressing, Taguchi method, flexural behavior, optimization
  • farzam mirzakhani, moosa ayati, pouya fahimi, mostafa baghani* Pages 44-55
    In this paper, using shape memory alloy (SMA) wires, a model-based controller for force tracking of fingertips of an artificial hand finger is developed. Different aspects of modeling including static analysis, heat transfer analysis and also investigation of SMA wires, which are used as actuators, are studied. In order to parametrize the SMA wires a modified Brinson’s model is used. Brinson’s original model was not capable of accurately predicting all loading conditions thus some modifications are utilized. In order to control the applied potential difference of memory wires and consequently to control the electrical current to these wires and based on the model of shape memory wires a controller is designed. The main goal of presented controller is force controlling of a two DOF hand finger in order to grasp objects. This model contains SMA model and for compensation of system uncertainties, a proportional integrator derivative (PID) controller has been included in the closed-loop system. The effect of compensator will act only on the derivative type states and this is a new approach compared to similar literature. Simulation results of tracking a reference signal is reported which confirm that the model is in good agreement with experimental tests. The analysis of the relative tracking error for an arbitrary reference signal is 18% for the maximum normalized overshoot in experimental tests and 5% in the simulation.
    Keywords: Shape memory alloys, Model-based control, Artificial finger, Force control
  • maryam khalili, Mansour Rafeeyan*, Mohammad Mehdi Abootorabi Pages 56-73
    Due to its complex nature, the chatter phenomenon in turning processes has always been important for the researchers of machine ‎science and many efforts have been made to control it‏.‏‎ Active methods of vibration control have the ‎ability to suppress the vibrations properly in different situations. This paper aims to develop a new, active and economic method for ‎detection and controlling chatter phenomenon before it occurs in the boring process. First, various signal processing methods were briefly ‎reviewed and compared, then two methods which are faster and more accurate in determining the occurrence of chatter were chosen, and ‎the time required for the transition from the stable to unstable mode was determined based on the signals. Then many tests were ‎performed with and without a control system. The accelerometer’s output signal which was measured in 0.1 seconds were used in these ‎tests. Two methods of signal processing (Fourier transform and spectral density) were also applied as indicators of the chatter occurrence ‎at the initial moment. Then, using an active control system, the command was given to slow down the speed of the milling machine to ‎switch the system back to its stable state. Using this control method, many tests were performed with different parameters for boring ‎process. In all tests, when the process was stable, the control system did not enter the circuit, and when the process went into the unstable ‎stage, the chatter phenomenon was detected and controlled in the pre-chatter stage before the surface was damaged.‎
    Keywords: Chatter phenomena Control, Internal Turning process, Identification of chatter