فهرست مطالب

Iranian Journal of Materials Forming - Volume:5 Issue: 2, Summer and Autumn 2018

Iranian Journal of Materials Forming
Volume:5 Issue: 2, Summer and Autumn 2018

  • تاریخ انتشار: 1397/08/05
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محسن ریحانیان ، عباد باقر پور*، نیما پردیس ، رامین ابراهیمی ، نوبوهیرو تیسوجی صفحات 1-25
    پژوهش پیش رو، بخش دوم یک مقاله ی مروری است که پیشتر با عنوان " ده سال تغییر شکل پلاستیک شدید در ایران" در همین مجله به چاپ رسیده است. بخش نخست مربوط به فشردن در کانالهای هم مقطع زاویه دار (ECAP) بوده است. در بخش دوم، به دلیل اینکه ایران بعنوان نخستین کشور با بیشترین تعداد مقالات چاپ شده در این زمینه مطرح است، تمرکز بر روش پیوند نوردی انباشتی (ARB) است. در این مقاله بجای تاکید بر ریز ساختار و مواد فوق ریز دانه تولید شده به روش ARB ، جنبه های جدیدی از فرایند ARB گزارش شده است که کمتر مورد توجه قرار گرفته اند. در بخشهای مختلف این پژوهش، نقش و سهم ایران در زمینه فرایند ARB با پژوهشگران دیگر کشورها مقایسه شده است. نتیجه گزارش نشان می دهد که علاقه اصلی پژوهشگران ایرانی در زمینه ARB ، تولید مواد ترکیبی )کامپوزیتی( با این روش است. در واقع، پژوهشگران ایرانی نخستین پژوهشگرانی هستند که فرایند ARB را بعنوان یک روش کارساز برای تولید مواد کامپوزیتی تقویت شده با پودر های سرامیکی معرفی کردند.
    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، پیوند نوردی انباشتی، مواد فوق ریز دانه، خواص ماده
  • مجتبی اسماعیلیان*، خلیل خلیلی صفحات 26-35
    روش شکل دهی تدریجی دو نقطهای تکنیکی نوین برای تولید قطعات پوسته ای محسوب میشود. این روش به دلیل استفاده از سنبه زیرین در حین فرآیند نسبت به همتای خود یعنی روش شکل دهی تدریجی تک نقطه ای دارای پیچیدگی های به مراتب بیشتری است. بنابراین، شبیه سازی عددی این تکنیک نوین به منظور کاهش هزینه ها در فرآیند عملی، بررسی پارگی ورق و بررسی پارامترهای مختلف فرآیند امری ضروری به نظر میرسد.
    بر اساس بررسی های انجام شده، شبیه سازی شکل دهی تدریجی دو نقطه ای در معدود تحقیقاتی برای قطعات با فرم های مشخص نظیر نیم کره و هرم منتظم ناقص که مسیر ابزار به سادگی با توابع ریاضی قابل تعریف است، انجام شده است. این در حالی است که روش اتخاذ شده برای شبیه سازی شکل دهی تدریجی دو نقطهای در این مقاله محدود به فرم خاصی نیست و این استقلال از هندسه وجه تمایز اصلی این پژوهش است که امکان بررسی شکلدهی تدریجی دونقطهای بر روی دامنه گستردهای از قطعات با فرم دلخواه را فراهم میکند.
    در این روش در ابتدا نقاط مسیر ابزار با استفاده از نرم افزار مربوطه استخراج شده و سپس به کمک نرم افزار اجزاء محدود تحلیل فرآیند شکل دهی صورت میگیرد. در مطالعه حاضر نشان داده خواهد شد که چگونه نتایج شبیه سازی شده می تواند برای دستیابی به اطلاعات مفید در مورد پاره شدن ورق در حین تغییرشکل و انتخاب ماشین کنترل عددی مناسب برای شکل دهی و کیفیت مطلوب ورق تغییرشکل یافته مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: شکل دهی افزایشی دو نقطه ای، روش اجزاء محدود، ماشین عددی، فرم آزاد
  • یوسف ملاپور* ، داود افشاری ، حشمت الله حقیقت صفحات 36-53
    در این مقاله، فرآیند کشش ورق های ساندویچی متقارن با قالب گوه ای شکل، با استفاده از تابع جریان و به روش کرانه بالایی تحلیل شده است. ورق ساندویچی دارای سه لایه فلز بوده که ضخامت و جنس لایه های خارجی یکسان و متفاوت با لایه ی داخلی می باشند. در مقاله حاضر یک مدل تغییر شکل ارائه شده که در آن مرزهای برشی ورودی و خروجی نواحی تغییر شکل، انعطاف پذیربوده و اثر کارسختی مواد لایه های تشکیل دهنده ورق، لحاظ شده اند. بر اساس تابع جریان پیشنهادی، میدان سرعت، نرخ کرنش ها و توان ها محاسبه شده اند. شکل هندسی بهینه نواحی تغییر شکل لایه های داخلی و خارجی و نیروی کشش لازم برای انجام فرآیند، بر اساس شرایط فرآیند محاسبه شده اند. همچنین نتایج تحلیل شامل نیروی کشش و ضخامت لایه ها در خروجی قالب با نتایج به دست آمده از شبیه سازی اجزا محدود مقایسه شده اند. مقایسه نتایج تحلیلی با نتایج به دستآمده از شبیه سازی تطابق مناسبی را نشان دادهاند. در پایان نیز تاثیر ثابت اصطکاک و درصد کاهش ضخامت بر نیروی کشش و زاویه ی بهینه ی قالب بررسی شده اند.
    کلیدواژگان: کرانه بالایی، کارسختی، فرآیند کشش ورق، ناحیه تغییر شکل، تابع جریان
  • سید حسین رضی موسوی* ، مجتبی محزون ، محمدحسن کدیور صفحات 54-71
    در این مقاله روشی عددی برای تحلیل دینامیکی پروسه اتوفریتاژ تکی و دوگانه در سیلندر جدار ضخیم ساخته شده از مواد مدرج تابعی تحت بارگذاری گذرا استخراج شده است. معادلات دینامیکی استخراج شده به صورت فرمول بندی صریح لاگرانژی ارائه شده است. حل گذرای صریح لاگرانژی روی نواحی شبکهبندی شده انجام میگیرد و نتایج توزیع تنش و کرنش برای مسائل مورد نظر تحت بارگذاری داخلی و خارجی حاصل میگردد. نتایج دینامیکی به خصوص در شرایط بارگذاری گذرا تفاوت هایی را در قیاس با حل استاتیکی نشان میدهد که به دلیل برهم کنش امواج تنش در تحلیل دینامیکی میباشد. در اتوفریتاژ دو گانه علاوه بر افزایش تنش پسماند فشاری در شعاع درونی باعث کاهش تنش کششی در شعاع خارجی نیز میگردد. برای مواد مدرج تابعی که خواص مواد به صورت پیوسته در راستای ضخامت سیلندر تغییر میکند، نتایج دینامیکی به دلیل تغییر امپدانس اکوستیکی و برهم کنش امواج تنش متفاوت از تحلیل استاتیکی میباشد. بیبعدسازی در تحلیل دینامیکی در راستای شعاع برخلاف تحلیلهای استاتیکی تابع پارامترهای دینامیکی بوده و براساس تغییر اندازه هندسی پاسخهای متفاوتی را آشکار میسازد. تنش پسماند ناشی از اتوفریتاژ تکی و دوگانه با اعمال فشار خارجی و سپس اعمال فشار داخلی در سیلندر ساخته شده از مواد مدرج تابعی برای بارگذاری ها و متغیرهای متفاوت مواد مدرج تابعی به صورت گذرا مورد تحلیل قرار گرفته است. تنش پسماند ناشی از اتوفریتاژ دوگانه تحت بارگذاری مناسب باعث افزایش ظرفیت باربری سازه میگردد.
    کلیدواژگان: سیلندر ساخته شده از مواد مدرج تابعی، اتوفریتاژ دوگانه، مدلسازی دینامیکی، بارگذاری زمانمند، تنش پسماند
  • وحید طهماسبی *، حامد صفی خانی، فربد ستوده صفحات 72-83
    فرآیند سوراخکاری استخوان یکی از فرآیندهای بسیار رایج در عمل های جراحی و ارتپدی می باشد. به طور کلی استخوان دارای یک ماده و ساختار پیچیده و حساس می باشد و بنابراین فرآیند سوراخکاری بر روی آن می بایست با ملاحظات فنی دقیق انجام شود. در این مقاله بهینه سازی چند هدفی فرآیند مذکور با در نظر گرفتن دمای استخوان و نیروی وارده بر استخوان به عنوان دو تابع هدف متضاد در استخوان با استفاده از الگوریتم ژنتیک چندهدفی انجام خواهد شد. ابتدا دو تابع رگرسیون که بیانگر دما و نیرو در استخوان می باشند به صورت تابعی از سرعت دورانی مته، میزان پیشروی مته و قطر ابزار با استفاده از داده های تجربی مدلسازی خواهد شد. در مرحله بعد از دو تابع استخراج شده چند بهینه سازی چند هدفی و استخراج نمودار پارتو استفاده خواهد شد. نمودار پارتوی استخراج شده دارای نکات طراحی فراوانی جهت انجام صحیح فرآیند سوراخکاری می باشد که در قسمت نتایج عمیقا مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: نمودار پارتو، سوراخکاری استخوان، دما، الگوریتم ژنتیک چندهدفی، بایومکانیک
  • رسول صفدریان*، امید حبیبیان توانا صفحات 85-95
    در تحقیق حاضر پارامترهای سرعت چرخشی ابزار، سرعت پیشروی ابزار و افست ابزار با سطوح مختلف در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ( FSW )ورقهای ترکیبی مس آلومینیوم مورد استفاده قرار گرفت. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مس خالص - و آلیاژ آلومینیوم 5052 با سرعت چرخش 800 تا 1200 دور در دقیقه، سرعت پیشروی ابزار 40 تا 80 میلیمتر بر دقیقه و افست ابزار از 1 تا 2 میلی متر انجام شد. آرایه L9 تاگوچی برای طراحی 9 آزمایش تجربی استفاده شد و هر آزمایش سه بار تکرار شد. آزمون کششی یکسانی بر اساس ASTM-E8 برای استخراج خواص مکانیکی TWBs استفاده شد. سرعت چرخش ابزار 1200 دور در دقیقه، سرعت پیشروی ابزار 60 میلیمتر در دقیقه و جابجایی ابزار 5 / 1 میلی متر باعث ایجاد محدوده مطلوب ورودی گرما برای ایجاد یک منطقه اغتشاشی با کیفیت خوب شد. استفاده از پارامترهای FSW باعث تشکیل لایه های بین فلزی نازک و توقف حرکت نابجایی در آزمون کشش شد و سبب افزایش مقاومت کششی بالاتر و بهبود کیفیت اتصال گردید. از اسکن میکروسکوپ الکترونی( SEM ) برای بررسی سطح شکست ورق های ترکیبی پس از آزمون کششی استفاده شد.
    کلیدواژگان: ورقهای ترکیبی، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، خواص مکانیکی، استحکام کششی نهایی، ریزساختار ریز دانه
|
  • E. Bagherpour *, N. Pardis, Nobuhiro Tsuji , M. Reihanian, R. Ebrahimi Pages 1-25
    The present paper is the second part of a previously published overview entitled “ten years of severe plastic deformation (SPD) in Iran”. Part I concentrates on the equal channel angular pressing (ECAP). In this part, the focus is on the accumulative roll bonding (ARB) because, currently, Iran is ranked the first in the world by the total number of publications in this field. In the present section, the emphasis is not on the microstructure and ultrafine-grained materials produced by ARB. Instead, its focus is on several aspects of ARB to which small attention has been paid so far. The impact and contribution of Iran to each category is evaluated in comparison to researchers from other countries. The main interest of Iranian researchers in the field of ARB is to fabricate the composite materials, particularly metal matrix composites (MMCs). The Iranian researchers were the first who introduced ARB as an effective method to produce particulate MMCs.
    Keywords: severe plastic deformation, accumulative roll bonding (ARB), Ultrafine-grained materials, properties
  • M. Esmailian *, Kh. Khalili Pages 26-35
    Two-point incremental forming method is considered a modern technique for manufacturing shell parts. The presence of bottom punch during the process makes this technique far more complex than its conventional counterpart i.e. single-point incremental forming method. Thus, the numerical simulation of this method is an essential task, which leads to the reduction of trial/error costs, predicts the tearing of sheet and investigates various aspects of this complex method. Most of the previous works regarding numerical simulation of incremental forming method have concentrated on the single-point type of this technique. Moreover, all of these simulations have considered simple geometries like truncated cone, truncated hemisphere and truncated regular pyramid, which are based on well-known mathematical functions. In this study, a novel simplified procedure is presented for the finite element simulation of two-point incremental forming of free-form parts. The procedure is based on the extraction of tool-path points by using CAM software and the finite element model. In the current study, it will be shown how simulated results can be applicable for gaining useful information about the tearing of deforming sheets, selecting suitable numerical machines for practical forming processes and the deformation quality of sheets.
    Keywords: Two-point incremental forming, Finite element method, Numerical simulation, Free-form
  • Y. Mollapour *, D. Afshari, H. Haghighat Pages 36-53
    In this paper, the drawing process of multi-layer sheet metal through wedge shaped die has been analyzed using stream function and upper bound method. Typically a sandwich sheet contains three layers of metal, where the outer layers are of the same thickness and material and different from those of the inner layer. In this study, a new deformation model has been introduced in which inlet and outlet shear boundaries are considered flexible and the effect of work hardening of sheet layer materials has been considered. According to the suggested stream function, velocity field, strain rates and powers have been calculated. The optimized geometry of deformation zone and required drawing force has been determined depending on the process conditions. Analytical results, including drawing force and thickness of sheets in outlet of die have been compared with the finite element (FE) results. The FE results have a good agreement with the analytical results. Finally, the effects of friction factor and reduction in thickness have been investigated on the drawing force and the optimum die angle.
    Keywords: Upper bound, Work hardening, Sheet Drawing, Deformation zone, Stream function
  • S. H. Razi Mousavi *, M. Mahzoon, M. H. Kadivar Pages 54-71
    In the present article a numerical procedure is developed for dynamic analysis of single and double autofrettage of thick–walled FG cylinders under transient loading. The governing differential equations are discretized and presented in explicit Lagrangian formalism. The explicit transient solution of discrete equations are obtained on the meshed region and results for stress and strain distribution for relevant problems under inner and/or outer boundary conditions are established.
    The autofrettage behavior is subsequently analyzed through the application of time dependent pressure at boundary regions of the axisymmetric domain. Dynamic results, in particular in transient loading, are different in comparison with static ones due to the presence of plastic deformation and wave propagation. The residual stress resulting from internal pressure changes structural load bearing capacity of the cylinder in so far as the tensile stress of the outer layers might reduce while compressive stress of the inner layers increase. For functionally graded materials whose material properties change continuously, dynamic analysis yields results which are entirely different as compared with their static counterparts due to the change in wavelength and acoustic impedance. In the static analysis, the dimensionless forms of equations can be developed from the onset, while in the dynamic analysis the physical dimensions and material properties gain importance due to inherent properties of the stress waves. Residual stresses in the inner and outer parts of the cylinder are also studied for various volume fractions of FG material under single or double autofrettage.
    Keywords: FG Cylinder, Double Autofrettage, Dynamic Simulation, Time Dependent Loading, Residual Stress
  • V. Tahmasbi *, H. Safikhani, F. Setoudeh Pages 72-83
    Bone drilling process is one the most common processes in orthopedic surgeries and bone breakages treatment. It is also very frequent in dentistry and bone sampling operations. Bone is a complex material and the machining process itself is sensitive so bone drilling is one of the most important, common and sensitive processes in Biomedical Engineering field. Orthopedic surgeries can be improved using robotic bone drilling systems and mechatronic bone drilling tools. In the present study, multi-objective optimization is performed on the temperature and trust force at two steps. At the first step, two regression models are developed for modeling the temperature and force in bone drilling process considering three design variables namely tool’s rotational speed (V), feed rate (f) and tool diameter (D). At the second step, by using regression models, multi-objective genetic algorithm is used for Pareto based optimization of bone drilling process considering two conflicting objectives temperature and force. It has been found out that there are considerable connections and feasible principles for an optimal design of the process in case of applying Pareto-based multi-objective optimization; otherwise these interesting results would not be discernible.
    Keywords: Pareto optimization, bone drilling, temperature, thermal necrosis, NSGA II
  • R. Safdarian *, O. Habibian Tavan Pages 85-95
    In the present study, parameters of tool rotation speed, tool travel speed and tool offsetting with different levels were used in the friction stir welding (FSW) of aluminum-copper tailor welded blanks (TWBs). The FSW of pure copper to 5052 aluminum alloy were carried out by varying tool rotation speed from 800 rpm to 1200 rpm, tool travel speed from 40 mm/min to 80 mm/min and tool offsetting from 1 mm to 2 mm. The L9 orthogonal array of Taguchi was used to design 9 experimental tests and each test was repeated three times. The uniaxial tensile test based on the ASTM-E8 was used for mechanical properties extraction of TWBs. The tool rotation speed of 1200 rpm, tool travel speed of 60 mm/min and tool offsetting of 1.5 mm resulted in the optimum range of heat input to form a stir zone with good quality. Using these FSW parameters caused the formation of thin intermetallic layers which stopped the motion of dislocation in the tensile test and resulted in higher tensile strength and joint quality. The scanning electron microscope (SEM) was used to scan the tensile fracture surface of TWBs.
    Keywords: TWBs, FSW, Mechanical properties, Ultimate tensile strength, Microstructure