فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاهم شماره 3 (مرداد و شهریور 1397)
  • سال پنجاهم شماره 3 (مرداد و شهریور 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/06/04
  • تعداد عناوین: 18
|
  • جابر سلیمانی، مجید الیاسی*، مرتضی حسین زاده صفحات 447-466

    امروزه خم کاری لوله از جمله فرآیندهای پرکاربرد در صنعت هوافضا،خودروسازی و صنایع دیگر است. طی خم کاری، تغییرات ضخامت و اعوجاج سطح مقطع قابل توجه ی رخ می دهد. ضخامت در انحنای داخلی لوله خمیده افزایش و در انحنای خارجی کاهش می یابد. همچنین در اکثر موارد، وقتی شعاع خم کوچک باشد، چین خوردگی در انحنای داخلی اتفاق می افتد. در صنعت برای رفع چروکیدگی و اعواج سطح مقطع از مندرل استفاده می شود. اما در مواردی که شعاع قالب خم کوچک باشد، استفاده از مندرل اجتناب می شود. زیرا مندرل نازک شدگی دیواره لوله را در انحنای خارجی افزایش می دهد و این در عملیات تولید، نامطلوب است. در پژوهش حاضر باتوجه به توسعه هیدروفرمینگ لوله ها، جایگزینی فشار سیال داخلی به جای مندرل مورد توجه قرارگرفته است؛ که می تواند برای کنترل بهتر تغییرشکل و توزیع ضخامت لوله مورد استفاده قرار گیرد. در این پژوهش، مدل تحلیلی ارائه شده که با درنظر گرفتن تاثیر جابجایی تارخنثی بر توزیع ضخامت و اعوجاج سطح مقطع لوله شکل داده شده و استفاده از روابط مناسب، نتایج دقیق تری نسبت به آثار منتشر شده قبلی می دهد. همچنین به منظور بررسی پارامترهای فرآیند در خم کاری لوله با شعاع خم بحرانی (R ، R/D<2 شعاع خم و D قطر خارجی لوله) از شبیه سازی های عددی استفاده شده است. با بررسی آزمایشگاهی نشان داده شد، پیش بینی های مدل تحلیلی و شبیه سازی مطابقت خوبی با نتایج تجربی دارد.

    کلیدواژگان: امکان سنجی خم کاری لوله، پیش بینی پارامترهای فرآیند، فشار سیال داخلی، مدل تحلیلی، شبیه سازی عددی
  • علی تاجیار، ابوالفضل معصومی صفحات 467-478
    با پیشرفت روزافزون در صنایع مختلف مانند هوافضا، شیمیایی و انتقال سیالات، تولید لوله های چهارگوش دولایه به دلیل کاربرد فراوانشان بیش ا زپیش مورد اهمیت قرارگرفته است. در پژوهش حاضر، فرآیند چهارگوش کردن لوله های گرد دولایه آلومینیوم-مس که به وسیله جوشکاری انفجاری تولیدشده، توسط فرآیند نورد چهار غلتکی موردبررسی قرارگرفته است. تاثیر مورفولوژی فصل مشترک اولیه بر روی ریزساختار و استحکام فصل مشترک اتصال طی فرآیند شکل دهی به وسیله میکروسکوپ الکترونی و آزمون استحکام برشی موردبررسی قرارگرفته است. همچنین وجود و نحوه توزیع ترکیبات بین فلزی در فصل مشترک توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز شیمیایی عناصر موردمطالعه قرارگرفته اند. نتایج نشان می دهد موجی بودن فصل مشترک، میزان پیوستگی و ضخامت لایه بین فلزی تشکیل شده در فصل مشترک لوله های دولایه گرد اولیه از اهمیت عمدهای در طول فرآیند شکل دهی برخوردار بوده و بر کیفیت فصل مشترک و خواص مکانیکی اتصال محصول نهایی تاثیرگذار هستند. استحکام اتصال لوله هایی با فصل مشترک موجی شکل و حداقل ترکیبات بین فلزی قبل و بعد از فرآیند شکل دهی تغییر قابل توجهی نداشته اما استحکام اتصال با افزایش ضخامت لایه بین فلزی کاهش می یابد و افت استحکام اتصال در طول فرآیند شکل دهی برای لوله هایی با فصل مشترک با لایه بین فلزی ضخیم تر با شدت بیشتری همراه است.
    کلیدواژگان: شکل دهی مجدد غلتکی سرد، لوله دو لایه چهار گوش، فصل مشترک اتصال، لوله گرد جوش انفجاری شده
  • مجید همت زاده، حسام الدین مشیدی ، ایرج ستاری فر صفحات 479-488
    یکی از روش های کاهش تنش های پسماند در جوشکاری لوله، پوشش دهی سطح خارجی لوله به وسیله جوشکاری است. در این تحقیق ابتدا یک مدل اجزا محدود جهت شبیه سازی فرایند جوشکاری محیطی دو لوله فولادی با در نظر گرفتن تغییرات فازی در نرم افزار سیسولد، توسعه یافته است و با استفاده از نتایج به دست آمده از روش کرنش سنجی سوراخ صحه گذاری شده است. سپس با استفاده از تحلیل اجزا محدود به بررسی اثر استفاده از پوشش های ایجاد شده با سه نوع الکترود جوشکاری مختلف بر تنش های پسماند ایجاد شده بر روی سطح داخلی لوله ها پرداخته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که پوشش ایجادشده با الکترود ER70s باعث افزایش تنش های محوری و محیطی بر روی سطح داخلی لوله می شود، الکترودهای ER304 و IN600 باعث کاهش تنش های پسماند محیطی بر روی سطح داخلی می شود و با افزایش انرژی جوش به عنوان یک عامل تاثیرگذار این تنش ها در ناحیه پوشش داده شده به حالت فشاری تبدیل می شوند. همچنین تنش های محوری حاصل از این دو الکترود بر روی سطح داخلی لوله در انرژی جوش پایین از مقادیر تنش نمونه بدون پوشش بیشتر می باشد، با افزایش انرژی جوش مقدار این تنش ها هم کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: تنش پسماند، جوشکاری محیطی، پوشش دهی جوشی، تحلیل اجزا محدود، فولاد API X46
  • محمد مهدی سهامی پور دهقان، حسین حیدری کلهرودی صفحات 489-504
    سوراخ کاری یکی از فرآیندهای اصلی ماشین کاری برای تکمیل کردن فرآیند ساخت و مونتاژ در لوله های کامپوزیتی می باشد. هنگام سوراخ کاری ممکن است آسیب هایی نظیر جدایش لایه ای و ترک ماتریس در اطراف سوراخ، باعث افت استحکام باقیمانده ی لوله های کامپوزیتی شود. در این مقاله اثر پارامترهای سوراخ کاری نظیر سرعت اسپیندل، سرعت پیشروی، قطر و شکل مته سوراخ کاری بر نیروی محوری و فاکتور جدایش لایه ای، برای لوله های کامپوزیتی که به روش رشته پیچی تولیدشده اند، به کمک روش طراحی عاملی بررسی گردید. مطابق نتایج پارامترهای تاثیرگذار بر فاکتور جدایش لایه ای به ترتیب شکل هندسی مته، سرعت پیشروی، قطر مته و سرعت اسپیندل تعیین گردید. مطابق نتایج با انتخاب ابزار مته مارپیچ با قطر 12 میلی متر، سرعت اسپیندل 1000 دور در دقیقه و سرعت پیشروی 25 میلی متر بر دقیقه، میزان فاکتور جدایش لایه ای به حداقل اندازه ممکن می رسد. بهترین و بدترین نمونه سوراخ کاری شده ازنظر ابعاد منطقه خرابی تحت آزمایش فشار قرار داده شد و استحکام باقیمانده فشاری آن بررسی گردید. مطابق نتایج با کاهش فاکتور جدایش لایه ای استحکام باقیمانده فشاری افزایش می یابد. همچنین اگر پارامترهای ورودی در سوراخ کاری به درستی انتخاب گردد، در مته مارپیچ 8 میلی متری نسبت به مته بردپوینت با همان قطر، در حدود 12 درصد استحکام باقیمانده فشاری افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: لوله های کامپوزیتی، سوراخکاری، فاکتور جدایش لایه ای، مقاومت باقی مانده فشاری، طراحی آزمایش عاملی کامل
  • فرزاد احمدی خطیر، ابراهیم علیزاده ، محمد مهدی برزگری، محمد مومنی فر، سید حسین مسروری سعادت صفحات 505-516
    صفحات دوقطبی یکی از مهمترین بخش های پیل سوختی هستند که هزینه تولید زیادی را به همراه دارند. در این پژوهش، شکل پذیری صفحات دوقطبی فلزی با سطح فعال 100 سانتی مترمربع از جنس فولاد زنگ نزن 316L با فرآیند شکل دهی استمپینگ موردبررسی قرارگرفته است. فرآیند شکل دهی استمپینگ نسبت به روش های دیگر شکل دهی دارای مزایایی همچون سادگی فرآیند، سرعت تولید بالاتر و هزینه تولید پایین تر می باشد. مساله مهمی که در صفحات دوقطبی حائز اهمیت است، دقت ابعادی کانال های شکل داده شده می باشد. در این مقاله، پهنا و عدم تختی کانال و ریب صفحات تولیدشده موردبررسی قرارگرفته است. نتایج این پژوهش نشان داد که افزایش نیروی استمپینگ باعث افزایش جریان یافتن ورق شده که خود سبب افزایش در پهنای کانال و ریب می گردد. همچنین، میزان عدم تختی حاصل از برگشت فنری ورق نیز در این فرآیند در بازه تلورانسی کمتر از 02 / 0 میل یمتر قرار داشته و این صفحات می توانند به عنوان صفحات دوقطبی فلزی در سری پیل سوختی مورداستفاده قرار گیرند.
    کلیدواژگان: پیل سوختی پلیمری، صفحات دوقطبی فلزی، شکل‏ دهی استمپینگ، تختی، نیروی شکل دهی
  • سید عماد سیدیسمنایی، عبدالحمید گرجی ، محمد بخشی، قربان محمد علی نژاد عمران صفحات 517-528
    اخیرا استفاده از ورق های چندلایه فلزی در صنایع مختلف مانند هوافضا و خودروسازی، به علت بهبود شکل پذیری ورق های سبک وزن با شکل پذیری کم و ایجاد خواص ترکیبی مانند مقاومت به خوردگی، گسترش یافته است. شکل دادن این ورق ها با محدودیت هایی مثل چروکیدگی و جدا شدن لایه ها در حین فرآیند همراه است. یکی از روش های شکل دهی این نوع ورق ها به منظور برطرف کردن محدودیت های فوق، فرآیند هیدروفرمینگ می باشد که سبب بهبود شکل پذیری می شود. در این مقاله فرآیندهای کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی و کشش عمیق هیدرومکانیکی ورق های فلزی دولایه آلومینیوم- فولاد به صورت تجربی بررسی شد. برای بررسی بیشتر نتایج تجربی، شبیه سازی اجزای محدود با نرم افزار آباکوس نیز انجام شد. نشان داده شد که شکل پذیری ورق آلومینیومی می تواند با دولایه کردن آن با ورق فولادی، بهبود یابد. همچنین نتایج نشان داد که در فرآیند کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی با کاهش فاصله بین ورق گیر و قالب، چروکیدگی کاهش و نازک شدگی افزایش می یابد. هنگامی که مقدار فاصله صفر شود، فرآیند به کشش عمیق هیدرومکانیکی بدون فشار شعاعی تبدیل خواهد شد، چروکیدگی تا حد زیادی کاهش می یابد و نسبت کشش نیز کمتر می شود. به علاوه، مشخص شد که نحوه قرارگیری لایه ها نسبت به سنبه و یا نسبت به هم، تاثیر زیادی در شکل پذیری ورق دولایه دارد.
    کلیدواژگان: ورق دو لایه فلزی، کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی، کشش عمیق هیدرومکانیکی، توزیع ضخامت، نسبت کشش
  • علیرضا عباسی، سعید امینی ، قنبرعلی شیخ زاده صفحات 529-540
    مقاومت به سایش جهت افزایش طول عمر غلتک ها بسیار حائز اهمیت است لذا در این تحقیق برای تعیین سایش غلتک های نورد از جنس فولاد گرافیتی، از روش تست سایش و تعیین ضریب اصطکاک استفاده شد. در فناوری کوبش فراصوتی، ایجاد کار سختی و فشردگی در لایه های سطحی قطعه کار باعث بهبود برخی خواص مکانیکی از جمله صافی سطح، سختی و استحکام می شود. با شبیه سازی و ساخت ابزار ارتعاشی فراصوتی و نصب آن بر روی دستگاه تراش، عملیات کوبش فراصوتی بر روی نمونه های آماده شده از غلتک های نورد انجام گرفت. در آزمایش سایش، مقاومت به سایش در نمونه بعد از عملیات بهبود یافت. همچنین نتایج مبین کاهش ضریب اصطکاک در حدود 50 درصد بعد از عملیات می باشد. با تهیه گراف پروفیل سطح از سطح سایش مشخص شد بعد از عملیات عرض و عمق سایش کمتر می باشد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی از سطح سایش نمونه های قبل و بعد از عملیات تهیه شد و مکانیزم سایش مورد بررسی قرار گرفت که مکانیزم چسبان و خستگی سطحی قبل از عملیات و مکانیزم خراشان بعد از عملیات مشاهده شد. با انجام فرآیند بر روی سطح غلتک های مقاومت به سایش، استحکام، صافی سطح و طول عمر آنها افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: فناوری کوبش فراصوتی، سایش، فولاد گرافیتی، ضریب اصطکاک
  • هادی فتاحی، عباس پاک * صفحات 541-550

    یکی از روش های نوین در ماشینکاری قطعات دقیق و پیچیده از جنس مواد سخت، ماشینکاری توسط تخلیه ی الکتریکی می باشد که با توجه به کاربرد این روش در صنایع پیشرفته، همواره بهبود عملیات براده برداری در این فرآیند مورد توجه بوده است. یکی از روش های موثر در بهبود راندمان ماشینکاری با تخلیه ی الکتریکی، افزودن پودر مواد به دی الکتریک و همچنین اعمال امواج فراصوتی به فرآیند می باشد. در این مقاله، اثرات افزودن نانوپودرهای اکسیدتیتانیوم، اکسیدروی و اکسیدآلومینیوم به د یالکتریک و اعمال نوسانات فراصوتی از طریق ابزار بطور همزمان در فرآیند ماشینکاری تخلیه ی الکتریکی مورد مطالعه قرار گرفته است و اثر پارامترهای ورودی شامل نوع و درصد اختلاط نانوپودر در دی الکتریک، زمان روشنی پالس و جریان جرقه بر روی نرخ براده برداری، زبری سطح و نرخ فرسایش ابزار بررسی گردیده است. استفاده همزمان از ذرات نانو پودر و اعمال امواج فراصوتی بطور میانگین نرخ براده برداری را تا % 30 افزایش می دهد. در حالت استفاده از نانوپودر اکسید روی، نرخ براده برداری و زبری سطح بیشتر و نرخ فرسایش ابزار کمتری حاصل شده و برای نانوپودر اکسیدآلومینیوم که کمترین رسانایی الکتریکی و چگالی را دارد، زبری سطح کمتری ایجاد و همچنین برای تمام حالت ها در درصد اختلاط 3 گرم بر لیتر، بیشترین نرخ براده برداری بدست آمده است.

    کلیدواژگان: ماشینکاری تخلیه ی الکتریکی، امواج فراصوتی، ذرات نانو پودر، مخلوط ذرات نانوپودر در دی الکتریک، روش آماری سطح پاسخ
  • پیام سیدمنیر ، ایرج ستاری فر، محمود شاکری صفحات 551-560
    پوسته های استوانه ای نازک بطور وسیعی در صنایع نفت، گاز و در صنایع هوا و فضا مورد استفاده قرار م یگیرند، معمولا این پوسته ها تحت تاثیر نیروهای محوری، فشار داخلی، فشار خارجی و نیروهای پیچشی می باشند، بنابراین طراحی ایمن در مقابل کمانش برای این پوست های نازک، بسیار حائز اهمیت است. سال ها علت کمانش پوسته ها در نیرویی کمتر از نیروی تئوری محاسبه شده از حل کلاسیک به صورت معمایی نزد محققین و دانشمندان علم مکانیک مطرح بوده، تا اینکه پس از انجام آزمای شهای متعدد مشخص شد، نقص ها شامل عیب های هندسی، تغییر در ضخامت، عدم یکنواختی خواص مواد و شرایط مرزی و به طور کلی هر عیبی در مقایسه با یک پوسته استوانه ای کامل بدون عیب، منشاء کاهش نیروی کمانش نسبت به مقدار کلاسیک آن می باشد که مهم ترین آنها عیوب هندسی و خارج از گردی بودن پوسته نسبت به حالت کامل استوانه است. این نقص ها معمولا تابع روش ساخت می باشند، جوشکاری پوسته ها در مخازن تحت فشار خود یکی از دلایل مهم ایجاد نقص های هندسی بخصوص در پیرامون محل جوشکاری است. این پژوهش به بررسی اثرات جوش در پوسته های استوانه ای تحت بار محوری می پردازد، به این ترتیب که نمونه هایی از جنس فولاد با جوش طولی و محیطی ساخته شده و عیب های هندسی آنها اندازه گیری و سپس تحت آزمایش کمانش قرار گرفته اند. همچنین عیب های اندازه گیری شده در مدل المان محدود اعمال و نیروی کمانش حاصل از آنالیز المان محدود با آزمایش تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد جوشکاری باعث کاهش قابل ملاحظه نیروی کمانش نسبت به مقدار نیروی بحرانی کلاسیک گردیده و کمانش پوسته با جوش طولی و محیطی به دلیل افزایش عیب های هندسی در نیرویی کمتر از پوسته ای با جوش فقط طولی رخ می دهد.
    کلیدواژگان: کمانش، نواقص هندسی، پوسته استوانه ای، فشار محوری، جوش، مخازن
  • مهدی جعفری وردنجانی، علیرضا آرایی صفحات 561-576
    شار الکتریکی فرعی در جوش نقط های هنگامی رخ می دهد که جریان الکتریکی از طریق نقطه جوش موجود عبور می کند. مقدار این شار به تعداد، فاصله و اندازه دکمه (های) قبلی وابسته بوده، باعث تغییرات ابعادی و متالورژیکی دکمه جوش پایانی می شود. در این مطالعه، اثر شار الکتریکی فرعی به کمک یک مدل الما ن محدود مورد بررسی قرار گرفته، نتایج آن با آزمایشات تجربی روی ورق های آلومینیوم 2219 مورد مقایسه قرار گرفته است. در این راستا، پارامترهای فاصله و جریان جوشکاری جهت کشف اثر شار الکتریکی فرعی بر کیفیت دکمه جوش مورد بررسی قرار گرفته اند. در بخش تجربی، طراحی آزمایش سه عاملی به منظور تشخیص اهمیت عوامل موثر و اعتبارسنجی مدل المان محدود استفاده شده است. در مدل المان محدود، تمامی اثرات متقابل الکترو-ترمال و مکانیکی مد نظر قرار داده شده، خواص جنس بصورت تابعی از دما وارد شده اند. نتایج تجربی و عددی از مطابقت قابل قبولی برخوردار هستند. عدم تقارن توزیع دما به همراه ابعاد نقطه جوش تحت اثر عامل مذکور توسط مدل المان محدود پیش بینی شده، توسط نتایج تجربی اعتبارسنجی شده است. همچنین تاثیر شار الکتریکی فرعی بر کاهش عمق نفوذ، گرایش منطقه ی متاثر از حرارت به نقطه جوش قبلی و تمرکز عناصر آلیاژی در مرز دانه های منطقه متاثر از حرارت به اثبات رسیده است
    کلیدواژگان: جوش نقطه ای مقاومتی، اثر شار الکتریکی فرعی، تحلیل المان محدود، آزمایش تجربی
  • امیر اسماعیل زارع، علی باقری اردکانی، سیدمهدی رضاعی ، عبدالرضا رحیمی صفحات 577-588
    قطعات اپتیک با توجه به ویژگی های طراحی آنها نیازمند دقت پروفایلی و صافی سطح بالا هستند. در فرآیند تولید این قطعات، به دلیل تردی و سختی بالا، آسیب های سطحی و زیرسطحی ایجاد می شود که برای حذف آن ها باید از فرآیند پرداخت کاری استفاده نمود. یکی از این فرآیندها، پرداخت کاری با استفاده از سیال هوشمند است. در این فرآیند با استفاده میدان مغناطیسی ایجادشده در ناحیه ماشین کاری، خواص رئولوژیکی سیال هوشمند تغییر می نماید که میزان این تغییرات وابسته به چگالی شار میدان مغناطیسی اعمالی است. در این مطالعه تحلیل اجزاء محدود به منظور بهینه سازی چگالی شار مغناطیس در ناحیه برداشت براده انجام شده است. با این هدف، بخش ایجاد میدان مغناطیس به عنوان بخش اصلی سیستم پرداخت کاری مورد تحلیل قرارگرفته است. برای این امر پارامترهای مهم در ایجاد چگالی شار میدان مغناطیس شناسایی و با استفاده از تحلیل اجزاء محدود مغناطیس اثر هرکدام از پارامترها بررسی شده است. برای طراحی تعداد تحلیل ها از روش تاگوچی استفاده شده و نتایج به دست آمده به کمک الگوریتم شبکه عصبی بهینه شده است. درنهایت سیستم پرداخت کاری با توجه به مقادیر بهینه ساخته شده و میزان چگالی شار مغناطیس اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که زاویه قطب ها، ضخامت پل ها و دیواره چرخ سیال بیشترین تاثیر را بر چگالی شار مغناطیسی در ناحیه برداشت براده دارد.
    کلیدواژگان: فرآیند پرداخت کاری، سیال هوشمند، قطعات اپتیک، تحلیل اجزاء محدود
  • بهروز آقاجانلو، سید جمال حسینی پور ، حامد جمشیدی اول صفحات 589-600
    شکل دهی داغ ورق های فلزی با دمش گاز یکی از فرآین دهای نوین در شکل دهی فلزات به شمار می رود که به دلیل افزایش شکل پذیری و کاهش تنش تسلیم فلز که درنتیجه افزایش دمای فرآیند رخ می دهد، قابلیت ساخت محصولات با اشکال پیچیده در ابعاد بسیار کوچک و بزرگ را دارد. در این پژوهش، شکل دهی صفحات دوقطبی از جنس فولاد زنگ نزن 304 با ضخامت 12 / 0 میلی متر و با الگوی شیاری مارپیچ به کمک فرآیند شکل دهی داغ با دمش گاز به صورت تجربی موردبررسی قرارگرفته است. به منظور بررسی اثر پارامترهای هندسی و فرآیندی بر روی شکل پذیری صفحات، قالبی با سه مارپیچ با هندسه های مختلف طراحی و ساخته شد و سپس آزمایش ها در دماها، فشارها و زمان های مختلف انجام شد. معیارهای ارزیابی شامل درصد ناز کشدگی ورق، توزیع ضخامت و عمق پرشدگی قالب در نظر گرفته شد. نتایج حاصل نشان داد عامل دما و زمان به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را بر شکل پذیری ورق در ساخت صفحات دوقطبی دارند. از میان سه شیار با عرض های 1، 1/5 و 2 میلی متر، در شیار با عرض 2 میلی متر با وجود بیشترین میزان درصد پرشدگی قالب، درصد نازک شدگی ورق در ناحیه بحرانی کمتر از شیار با عرض 5/ 1 میلی متر است. بیشترین درصد پرشدگی شیار قالب با مقدار % 8/ 88 در شیار با عرض 2 میلی متر در دمای 1000 درجه سانتی گراد، فشار 40 بار و مدت زمان 30 دقیقه به دست آمد.
    کلیدواژگان: صفحات دوقطبی، شکل دهی داغ با دمش گاز، الگوی شیاری مارپیچ، فولاد زنگ نزن 304
  • امیر رضایی، سعید امینی صفحات 601-618
    جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی در زمره روش های اتصال دائم است که به دلیل ماهیت ترمومکانیکال اتصال مواد در حالت نیمه جامد و نیروهای جوشکاری بالا، نیازمند ابزار، گیره بندی و ماشین ابزار بسیار مستحکم است. راهکار ترکیب این فرایند با ارتعاش التراسونیک، کاهش نیروهای جوشکاری و بهبود کیفیت اتصال را به همراه دارد. در این تحقیق، ایده نحوه مقایسه اعمال دو نوع ارتعاش التراسونیک محوری و خمشی بر فرایند جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی، منجر به ساخت مجموعه ابزار جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی و ترانسدیوسر التراسونیک منحصربه فردی گردید. در واقع یکی از اهداف این پژوهش طراحی یگانه ابزاری است که قابلیت ارتعاش در دو مود محوری و خمشی در دو فرکانس مختلف را دارا باشد. همچنین اثرات تغییر جرم و اینرسی مجموعه ابزار بر جوش به دلیل استفاده از مجموعه ابزارهای جداگانه برای هر مود فرکانسی، حذف گردد. در نهایت، مدل نهایی آنالیز مودال شده ساخته شد و تحت اندازه گیری تجربی دامنه ارتعاشات در فرکانس رزونانس دو مود محوری و خمشی قرار گرفت و تاثیر دامنه ارتعاشات در این دو مود به صورت آزمایشگاهی بررسی شد. برتری استفاده از ارتعاش خمشی نسبت به ارتعاش محوری در جهت حصول جوش با کیفیت بالاتر را می توان یکی از نتایج این مطالعه برشمرد. همچنین دو برابر شدن دامنه ارتعاشات از 8 به 16 میکرومتر برای جوشکاری ارتعاشی در مود خمشی، تقویت استحکام اتصال را به همراه داشت.
    کلیدواژگان: ترانسدیوسر التراسونیک، جوشکاری اغتشاشی اصطکاکی ارتعاشی، مود خطی و خمشی، آنالیز مودال، دامنه ارتعاش
  • امیر صفری ، محمدرضا فراهانی صفحات 619-626
    در این مقاله، زبری سطح حاصل از فرآیند سنباده زنی مورد مطالعه قرارگرفته و تاثیر آن بر استحکام برشی اتصالات چسبی بررسی شده است. به این منظور، ابتدا قطعاتی از ورق آلیاژ آلومینیوم 2024-T3 بریده شده و فرآیند سنباده زنی توسط کاغذهای سنباده با طیف وسیعی از زبری شامل هفت شماره دانه ی متفاوت انجام شده است. سپس سطوح آماده سازی شده دو به دو و به صورت تک لبه توسط چسب آرالدیت 2015 با ویسکوزیته ی بالا و چسب اپوکسی HPL1012/HPH112 با ویسکوزیته ی پایین متصل گردیده اند. نتایج نشان می دهند که با افزایش زبری سطح، استحکام برشی نهایی ابتدا افزایش و سپس به طور پیوسته کاهش یافته است. زبری و پرداخت سطح بهینه برای چسب های با ویسکوزیته ی بالا و پایین یکسان نبوده است که وابستگی فرآیند آماده سازی سطح به نوع چسب را نشان می دهد. بیشترین استحکام برشی نهایی اتصالات چسب دوجزئی آرالدیت 2015 مربوط به نمونه ی سنباده زنی شده توسط کاغذ سنباده شماره 400 با زبری سطح 3/ 0 میکرومتر و برابر 12/98 مگاپاسکال می باشد. بیشترین استحکام برشی نهایی اتصالات چسب اپوکسی HPL1012/HPH112 مربوط به نمونه ی سنباده زنی شده توسط کاغذ سنباده شماره 120 با زبری سطح 35 / 0 میکرومتر و برابر 02 / 5 مگاپاسکال بوده است
    کلیدواژگان: سنباده زنی، آماده سازی سطح، اتصالات تک لبه، چسب ها
  • هادی ناصری ملکی ، نوید تاج بخش چاخرلو صفحات 627-640
    بسیاری از قطعات موجود در صنایع مختلف حین کار تحت تاثیر تنش های چند محوری قرار دارند. از آنجایی که مبدا شروع شکست این قطعات، ترک ها می باشند بنابراین تحلیل استحکام سازه های ترک دار تحت بارهای چند محوری و تلاش برای افزایش استحکام و پایداری آن ها بسیار بااهمیت است. در این مقاله تاثیر نیروی پیش بار ناشی از اتصالات پیچ و مهره و وصله کامپوزیتی بر اشاعه ترک جانبی موجود در یک نمونه مستطیلی از جنس آلیاژ آلومینیوم 2024-T3 به صورت تجربی و تئوری موردمقایسه قرارگرفته است. برای ایجاد مود کششی خالص، برشی خالص و مود ترکیبی نمونه ترک دار، دستگاه اصلاح شده آرکان مورداستفاده قرارگرفته و در حل تئوری نیز از نرم افزار المان محدود انسیس استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان دهنده افزایش چشمگیر استحکام کششی قطعات ترمیم شده با این دو روش، در مقایسه با قطعات ترک دار ساده می باشد. در بهترین حالت افزایش استحکام کششی قطعات ترمیم شده توسط وصله کامپوزیتی برای مود کششی خالص 44 درصد بوده که این میزان با کاهش سهم مود یک در بارگذاری کاهش می یابد تا در مود برشی خالص به 9 درصد می رسد. نیروی پیش بار نیز در بهترین حالت، استحکام نمونه های ترمیم شده را 24 درصد برای مود برشی خالص افزایش می دهد که با افزایش سهم مود یک در بارگذاری این میزان به 18 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: مکانیک شکست، وصله کامپوزیتی، نیروی پیش بار، فیکسچر اصلاح شده آرکان، فاکتور شدت تنش
  • رضا بنازاده ، محمد ریاحی، محمد خسروآبادی صفحات 641-657
    عملکرد سیالات برشی در ماشین کاری مواد مختلف به منظور بهبود کارایی و اثربخشی در هر فرآیند ماشین کاری حیاتی است. هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیر استفاده از روش خنک کاری کرایژونیک بر روی عمرابزار و توان مصرفی دستگاه در فرآیند تراشکاری فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 است. بدین منظور سرعت برشی و زمان ماشین کاری هرکدام در سه سطح به عنوان متغیرهای مسئله انتخاب شدند. روش رویه پاسخ، با به کارگیری طرح مرکب مرکزی، به منظور برنامه ریزی و تحلیل آزمایش های تجربی مورد استفاده قرار گرفت. ارتباط بین پارامترهای ماشین کاری و متغیرهای خروجی با استفاده از روش رویه پاسخ مدل سازی شدند. همچنین برای بررسی کفایت و موثر بودن مدل ریاضی و متغیرهای مربوطه، آنالیز واریانس انجام شد. نتایج حاصله تطابق خوبی را بین مقادیر اندازه گیری شده سایش ابزار و توان مصرفی دستگاه و مقادیر پیش بینی شده مدل توسعه یافته نشان دادند. با استفاده از روش آنالیز واریانس، مدل های ریاضی مناسبی برای پاس خهای خروجی با درنظر گرفتن ترم های موثر و مقادیر P کمتر از 05 / 0 )سطح اطمینان 95 %( به دست آمدند. پس از انجام آزمایش های تجربی و تحلیل و بررسی نتایج، مشخص گردید استفاده از خنک کاری کرایژونیک در مقایسه با ماشین کاری خشک باعث کاهش سایش ابزار تا 5/ 67 % و کاهش توان مصرفی دستگاه تا 24 % می شود.
    کلیدواژگان: خنک کاری کرایژونیک، سایش ابزار، توان مصرفی، فولاد زنگ نزن آستنیتی 304، روش رویه پاسخ
  • ناصر عباسی، محمدرضا رازفر، محسن خواجه زاده صفحات 657-670
    مقاله حاضر به حل عددی و مطالعه تجربی توزیع درجه حرارت در فرایند تراشکاری متعامد به کمک ارتعاشات فراصوتی اختصاص یافته است. در حل عددی، از روش تفاضل محدود برای پیش بینی توزیع درجه حرارت در ابزار برش استفاده شده و سپس نتایج حل عددی، با مجموعه ای از آزمو نهای تجربی صحه سنجی شده است. برای حصول به این مقصود، ابتدا یک مدل تفاضل محدود پیش بینی درجه حرارت در فرایند برش سنتی توسعه داده شد و سپس از نتایج آن برای ایجاد یک مدل توسعه یافته در فرایند تراشکاری به کمک ارتعاشات فراصوتی، استفاده شد. درنهایت نتایج حل عددی، با نتایج حاصل از آزمو نهای تجربی اندازه گیری درجه حرارت ابزار برش در حین فرآیند تراشکاری به کمک ارتعاشات، صحه گذاری شد. همچنین با استفاده از نتایج حل عددی، اثر متغیرهای ماشین کاری و ارتعاشی شامل سرعت برش، پیشروی و دامنه ارتعاشات بر روی توزیع درجه حرارت ابزار برش موردمطالعه قرار گرفت. بر اساس نتایج حاصل از این پژوهش، در فرایند تراشکاری به کمک ارتعاشات فراصوتی فولاد سخت کاری شده 4140 با سختی 50HRC ، به ازای پیشروی 11 / 0 میلی متر بر دور، سرعت برش 30 متر بر دقیقه و دامنه ارتعاش 10 میکرومتر، حداکثر درجه حرارت ابزار برش نسبت به تراشکاری سنتی 37 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: تراشکاری به کمک ارتعاشات فراصوتی، روش تفاضل محدود، توزیع درجه حرارت، ترموکوپل، فولاد سخت کاری شده
  • هادی ایمانی، جواد هاشمی، محمدحسین صادقی*، امیر راستی صفحات 671-680

    ایجاد سوراخی با ابعاد دقیق توسط فرایندهای سوراخ کاری سنتی نیازمند استفاده از عملیات ثانویه ای نظیر برقوکاری است. همچنین، تلرانس نهایی سوراخ در این فرایند دامنه محدودی داشته و برای سیستم های تلرانس گذاری ثبوت میله کارایی ندارد؛ اما با استفاده از روش های جدید ایجاد سوراخ مانند استراتژی های فرزکاری مارپیچ و پروفایل می توان در یک مرحله به سوراخی با تلرانس و دقت موردنظر دست یافت. در این پژوهش، با بررسی و مقایسه تجربی استراتژی های فرزکاری مارپیچ و پروفایل در سوراخ کاری فولاد سخت AISI D2 ، اندازه اسمی قطر سوراخ و همچنین تلرانس گردی و استوانه ای مورد مطالعه قرار گرفت. روش طراحی آزمایش فاکتوریل کامل به منظور بررسی اثر پارامترهای برش روی خروجی های تلرانس های ابعادی و هندسی سوراخ به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که تلرانس ابعادی به دست آمده در فرزکاری مارپیچ در بازه 0/001 تا0/034میلی متر قرار داشت که بسته تر از روش فرزکاری پروفایل بود. با این حال، تلرانس های هندسی سوراخ های ایجاد شده با فرزکاری پروفایل به دلیل خطای میان یابی کمتر در محاسبه مسیر ابزار، دقت بیشتری داشتند. کمترین مقدار تلرانس استوانه ای با استفاده از استراتژی فرزکاری پروفایل و در سرعت برش 110 متر بر دقیقه، نرخ پیشروی 0/03 میلی متر بر دندانه و عمق برش 0/3 میلی متر حاصل شد.

    کلیدواژگان: استراتژی های سوراخ کاری، فرزکاری مارپیچ، فرزکاری پروفایل، تلرانس ابعادی و هندسی، فولاد سخت AISI D2
|
  • J. Soleimani, M. Elyasi, M. Hosseinzadeh Pages 447-466

    Nowadays, thin-walled tube bending at small bending ratios (equal to R/D, R: bending radios, D: tubes outer diameter) is a production process widely used in advanced industries. Despite extensive studies into the field of rotary draw bending area, few of them have implemented this process with internal fluid, and they have not reported the exact location of bend defects and the effects of bending ratio on the defects of Hydro-rotary draw bending either. This research has been carried out to obtain the smallest bending ratio, and maximum applicable internal pressure in Hydro-rotary draw bending of thin-walled AA6063 alloy tube using analytical model. In addition, some effective parameters in Hydro-rotary draw bending are simulated with ABAQUS-software. Maximum thinning and critical ovality regions were investigated in addition to the effects of bending ratio and internal fluid pressure on the distribution of thickness and ovality, using simulation, analytical and experimental tests. The results showed that the selected necking criterion would be able to successfully determine the onset of rupture in bending. In order to validate FE-simulation, the effects of bending ratio and internal pressure on defects, such as cross-section ovality and thickness changing have also been investigated through simulation in ABAQUS-software and experiments.

    Keywords: Feasibility tube bending, Process parameters predication, Internal fluid pressure, Analytical model, numerical simulation
  • A. Tajyar, A. Masoumi Pages 467-478
    With the increasing advances in various industries such as aerospace, chemical and fluid transfer, manufacturing of bimetal noncircular tubes as their frequent use is more than ever important. In the present study, the squaring process of aluminum-copper bimetal pipes produced by explosive welding, using rolling process was studied. The effect of interface morphology on the microstructure and strength of the bond interface during the reshaping process was investigated by an optical microscope and shear strength test. Moreover, the presence and distribution of the intermetallic compounds at the interface was investigated by the electron microscope and energy dispersive X-ray spectroscopy analysis. The results show that the wavy form of the interface and the continuity and thickness of the intermetallic compound layer which is formed at the interface of the initial round pipes have a major importance during the reshaping process and effect on the mechanical properties and interface quality of the finished square tubes. Bond strength of tubes with wavy form interface and minimal intermetallic compounds at their interface, have not changed significantly before and after the forming process but the bond strength decreases by increasing the thickness of intermetallic compound layer and the drop in bond strength during the forming process is more severe for the tubes with thicker intermetallic compounds layer at their interface.
    Keywords: Reshaping process, Square bimetal tube, Bond interface, Explosive welded circular pipe
  • M. Hemmat zadeh, H. Moshayedi, I. Sattari, Far Pages 479-488
    The overlay of the outer surface of a pipe by welding is one of the ways to decrease the residual stress. In this research, a finite element model by considering phase transformation effect is developed in the SYSWELD software for the simulation of circumferential welding process of two API X65 steel pipes. This model is validated using a hole drilling method. Then, the effect of overlay welding created by three types of welding filler on the residual stress is investigated. The results show that the overlay welding created by ER70s filer increases axial and hoop stresses. But ER304 and IN600 fillers cause reduction of hoop residual stresses. The stresses at the covered area are compressed because of the increase in heat input as an effective factor. Also, axial stresses due to these filers at low weld energy are greater than sample stress without a cover. However, the value of this stresses decreases when the weld energy increases. Thus, the proportional stress level can be obtained in the pipe using the overlay with filers of ER304 and IN600 associated with a high heat input and by selecting suitable overlay dimensions.
    Keywords: Residual stress, Girth Welding, Overlay, Finite element model, API X65 Steel
  • M. Sahami poor Dehghan, H. Heidaryb Pages 489-504
    Drilling is one of the major machining processes for assembling process in composite tubes. During drilling, damages such as matrix cracking, fiber pull out and delamination around the hole may cause the loss of residual compression strength of the composite tubes. In this paper, the effect of drilling parameters such as spindle speed, feed rate, diameter and geometry shape of the drill on thrust force and delamination factor with full factorial design method for composite tubes manufactured by filament winding process was investigated. According to the results, the parameters affecting the delamination factor are the geometric shape of the drill, feed speed, drill diameter and spindle speed, respectively. Also, by selecting twist drill tools with a diameter of 12 mm, spindle speed of 1000 rpm and feed rate of 25 mm/min, the amount of delamination factor is minimized. The residual compressive strength of the best and worst specimens according to delamination factor was investigated. According to the results, by decreasing delamination factor, the residual compressive strength increases. Also, if the input parameters in the drilling process are selected correctly, the residual compressive strength would increase around 12%.
    Keywords: Drilling of composite tubes, Delamination factor, Residual compression strength, Full factorial design
  • F. Ahmadi Khatir, Ebrahim Alizadeh, M. Barzegari, M. Momenifar, H. Masroori Saadat Pages 505-516
    Bipolar plates are one of the most important parts of the fuel cell which have the highest production cost for the system. In this study, the formability of SS 316L bipolar plates with an active area of 100 cm2 by the stamping process is investigated. With respect to various types of the forming process, stamping process has the advantages of simplicity, higher production speed, and lower production. In this process, the sheet is considered to be between two rigid die slabs, and applying force to the die set results in forming the plates. The important issue of bipolar plates is the dimension accuracy of the channels. In this paper, the width and flatness of the channels and ribs of the produced plates are investigated. If the tolerances of the formed channels are not in the desirable range, the performance of the fuel cell is disturbed and the fuel cell efficiency is considerably decreased. The results of this study demonstrate that increasing the stamping force results in an increase of the width of channel and rib. Moreover, the flatness due to the spring-back of the sheet is in the desired tolerance range and these plates can be utilized as metallic bipolar plates in the fuel cell stacks.
    Keywords: PEM fuel cell, Metallic bipolar plate, Stamping process, Flatness, Forming force
  • S. E. Seyyedi, H. Gorji, M. Bakhshi, G. M. Alinejad Pages 517-528
    Recently, the use of laminated sheet metals has been spread in various industries, such as aerospace and automotive industries due to the improvement of formability of low-formable lightweight sheets and making compound properties such as corrosion resistance. Forming these sheets is faced with some limitations, such as wrinkling and separation of the layers. To overcome these limitations, hydroforming process has been introduced. In this paper, hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure and also hydromechanical deep drawing processes of Al-St two-layer sheet metals have been investigated experimentally. In order to perform a detailed investigation, finite element simulation was also carried out by ABAQUS software. It was shown that formability of the aluminum sheet can be improved by laminating with the steel sheet. Moreover, the results illustrated that in hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure, wrinkling is decreased and thinning is increased by reducing the gap between blank holder and die. When the gap becomes zero (hydro-mechanical deep drawing without radial pressure), wrinkling is reduced considerably and also drawing ratio is decreased. Additionally, it was identified that the arrangement of the layers with respect to the punch has a great effect on formability of the two-layer sheet
    Keywords: Two-layer sheet metal, Hydrodynamic deep drawing by radial pressure, Hydromechanics deep drawing, Thickness distribution, Drawing ratio
  • A. Abbasi, S. Amini, G. Sheikhzadeh Pages 529-540
    Rolling mill rolls are an essential component of the rolling stand and an important factor in the efficiency and quality of rolling products. The wear durability is very significant for optimizing operation and rolls life so wear test method and coefficient friction determination were utilized in order to determine the wear of rolling mill rolls made of graphite steel (GSH48). The amount of wear was determined on samples before and after conducting ultrasonic peening technology. In ultrasonic peening technology process, making work hardening and compression on surface layers of workpiece contribute to the improvement of some mechanical properties like surface roughness, hardness, and strength. After the simulation and manufacturing of ultrasonic vibratory tool and installing it on lathe machine, ultrasonic peening technology process was performed on the specimens prepared from rolling mill rolls. In the wear test, wear durability improved in the sample after ultrasonic peening technology process. In addition, the results suggested that the coefficient friction has been reduced around 50% after the process. By preparing surface profile graph from the surface, it is perceived that the atitude and depth of wear have decreased after ultrasonic peening technology process. Scanning electron microscopy images were taken from the wear surface of the samples before and after ultrasonic peening technology process and wear mechanism was investigated that adhesive wear and surface fatigue wear mechanism before and abrasive wear mechanism after the process were observed. By performing ultrasonic peening technology process on the surface of the rolling mill rolls resistance to wear, strength, surface roughness, and their life have increased.
    Keywords: Ultrasonic peening technology, wear, Graphite steel, coefficient friction
  • H. Fattahi, A. Pak Pages 541-550

    Electrical Discharge Machining (EDM) is one of the most important nontraditional manufacturing processes in machining of precise and complex parts made of hard materials. Improvement of its machining operation, due to the application of this method in advanced industries is important. One of the effective methods to improve the efficiency of electrical discharge machining is the addition of powder to the dielectric fluid and usage of ultrasonic Vibrations of electrode. In this paper three Nano-powders, TiO2, Al2O3 and ZnO and ultrasonic vibrations were investigated, and the effects of input parameters including powder type and concentration, pulse-on time and the current on the material removal rate, surface roughness, and tool wear rate were investigated. Based on the results, this method has no significant effect on the tool wear rate but Average material removal rate can be increased up to 30%, So that the mean surface roughness and tool wear rates remain constant. Addition of the ZnO Nono-powder to the dielectric fluid caused the most material removal
    rate and surface roughness. Addition of the Al2O3 Nono-powder to the dielectric fluid caused the least surface roughness. In addition, the most material removal rate was obtained at powder concentration equal to 3 g/lit

    Keywords: Electrical discharge machining, Ultrasonic vibrations, Nano-Powder, Nano-Powder suspended dielectric, Response surface methodology
  • P. Seyedmonir, I. Sattarifar, M. Shakery Pages 551-560
    Near to a century, buckling on shells especially on cylindrical shells under axial compression is Bing survey. Buckling of shells carried out less than classical load and many years it was a puzzle for mechanical scientists and researchers. Exactly estimate of buckling critical load for optimum design and safety in mechanical structures like as pressure vessel, rockets, airplane body is very important because buckling is catastrophic. Imperfections consist of geometric defects, variation in thickness, material properties uniformity and boundary condition can be decrease buckling critical load. Geometric imperfections like as out of roundness and ovality is the result of manufacturing process. Plate roll forming and welding is a method for shell fabrication and unavoidable and welds are source of imperfections. Three cylindrical shells fabricated by roll forming and welding. Imperfections of shells measured by 3D scan camera and then tested under axial compression with press. Results show welds have created imperfections especially around the weld line and decrease critical buckling load. Shell with circumferential weld buckled lower than buckling load of shells with only longitudinal weld line. Measured imperfections introduce to nodes in finite element mesh modeling directly and results of finite element analysis compared to experimental load – displacement curves until the effects of welds on critical load compare to perfect shell buckling load.
    Keywords: Buckling, Imperfections, Cylindrical shell, Axial Pressure, Weld
  • M. Jafari Vardanjani, A. Araee Pages 561-576
    Shunting effect occurs in RSW when the electrical current passes through previous spot welds. Value of this current depends mostly on distance, number, and size of previous spot welds. This will cause some dimensional and metallurgical changes in welding nugget as well as heat affected zone (HAZ). In this study, shunting effect of RSW is considered in a finite element analysis (FEA) model and the results are compared to experiments performed on aluminum alloy 2219. Weld spacing together with welding current and time are considered to discover the effect of shunting current in the final quality of nugget. A three factor experiment design has been performed to find the significance of factors and interactive effects, as well as FEA model verification. Electrothermal and mechanical interactions are considered in the FEA model. Experimental and numerical solutions have yielded comparable similar results in terms of welding nugget properties. Asymmetry in electrical potential, temperature, and stress distribution and geometry of shunted nugget are predicted and verified directly or indirectly. Intense effect of shunting current on nugget height, asymmetric growth of heat affected zone (HAZ) toward previous welding nugget, as well as concentration of alloying elements along grain boundaries are also discovered.
    Keywords: Resistance spot welding, Shunting, Finite element analysis, Experiment
  • A. Esmaeilzare, A. Bagheri Ardakani, M. Rezaei, A. Rahimi Pages 577-588
    In the finishing process of optical parts, achieving minimum surface roughness and high profile precision are of great importance. Due to brittle nature and high hardness of these materials, the finishing process will induce surface and subsurface damages which can be removed by a polishing process. One of these processes is magnetorheological finishing. In this process, the rheological property of magnetorheological fluid changes by the inducted magnetic field at material removal region. In the present study, finite element analysis has been carried out to optimize the magnetic flux density in the material removal region. In order to analyze the magnetic field, the effective parameters on the amount of magnetic flux density are identified and their influence is investigated. Taguchi design of experiment method was used to reduce the number of numerical runs. By considering the finite element results and fabrication restrictions, the genetic algorithm is used for the optimization of parameters. The magnetorheological system was made with the optimized parameters and the amount of magnetic flux density was measured. The results show that the variations of poles angle, poles and the wheel wall thickness have remarkable influence on magnetic flux density in the material removal region.
    Keywords: Finishing process, Magnetorheological fluid, Optical parts, Finite element analysis
  • B. Aghajanloo, J. Hosseinipour, H. Jamshidi Aval Pages 589-600
    The hot forming of a sheet metal with gas blowing is a novel method in metal forming processes. It has the ability to manufacture products with complex shapes due to high formability and a low flow stress at high temperature. In this research, the forming of bipolar plates with a slotted serpentine pattern by hot metal gas forming process has been investigated experimentally. To this end, 304 stainless steel sheets with 0.12 mm thickness have been used. In order to evaluate the geometric and process parameters effect on forming trend, a convex die that includes three slotted serpentine channel with different widths has been manufactured. Then experiments were carried out at different temperatures, pressures and periods of time. The sheet thinning percentage, the thickness distribution and the depth of die filling have been considered as evaluation criteria of experiments results. The results indicated that the temperature and the forming time have respectively the most and the least effect on the formability. Among three slots with widths of 1, 1.5 and 2 mm, despite slot with 2mm width has the most die filling percentage, the sheet thinning percentage is less than the slot with 1.5 mm width. The most filling percentage of die channel with the amount of %88.8 was observed in the slot with the width of 2 mm at a temperature of 1000 oC, the pressure of 40 bar and forming the time of 30 min.
    Keywords: Bipolar plates, Gas blow forming, Slotted serpentine pattern, stainless steel 304
  • A. Rezaei Shahreza, S. Amini Pages 601-618
    Friction stir welding has been categorized amongst permanent joining methods. Since its thermomechanical nature, solid-state joining and high welding loads, Friction stir welding process needs sturdy tools, fixture, and machine tool. Combination of this process along with ultrasonic vibrations decreases welding loads and improves the weld quality. In this study, the idea of comparing superimposed axial and bending ultrasonic vibrational modes on friction stir welding process led to producing a unique set of friction stir welding tool along with an ultrasonic transducer. In fact, one of the aims of this study concerns designing a single ultrasonic assisted friction stir welding tool set which will be able to vibrate in both axial and bending modes separately in different frequencies. In addition, the impressive effects of mass and inertia variations on the weld, due to the usage of the distinct tool set for each modal frequency, will be removed. The final modal analyzed model was manufactured and the amplitude of vibrations in both mentioned modes was measured experimentally. Results indicated that the use of bending vibrations leads to the formation of joints with much more quality than implementing the axial vibrations. Furthermore, doubled amplitudes from 8 μm to 16 μm in bending mode, unlike axial mode, improved the weld ultimate tensile strength.
    Keywords: Ultrasonic transducer, Ultrasonic assisted friction stir welding, Axial, bending modes
  • M. Farahani, A. Safari Pages 619-626
    In this paper, the surface roughness obtained from sanding was studied and its effect on the shear strength of single-lap adhesive joint was examined. 2024-T3 aluminum sheets were cut into standard pieces and then sanded with seven sandpapers. Pairs of prepared surfaces were attached using two-part Araldite 2015 adhesive with a high viscosity and HPL1012/HPH112 epoxy with a low viscosity. Results show that the ultimate shear strength initially increases and then decreases as surface roughness is increased. The optimum surface roughness is not the same for both high and low viscosity adhesives, which shows the dependency of this method on the type of adhesive. The maximum ultimate shear strength for Araldite 2015 adhesive joints was obtained for sanding with sandpaper number 400 with 0.3 μm surface roughness and was equal to 12.98 MPa. The maximum ultimate shear strength of Epoxy HPL1012/HPH112 adhesive joints was obtained for sanding with sandpaper number 120 with 0.35 μm surface roughness and was equal to 5.02 MPa.
    Keywords: Surface roughness, Sanding, Surface preparation, Single Lap Joints, Adhesives
  • H.N. Maleki, T.N. Chakherlou Pages 627-640
    Many of components in various industries are working under multiaxial stresses, and since the cracks can be the source of the failure, therefore, the strength analysis of the cracked structures under mixed- mode loads and trying to increase the strength and stability of them is very important. In this paper, the effect of the composite patch and clamping force resulted from torque tightening a nut and bolt on the fracture strength of an aluminum alloy 2024-T3 plate having an edge crack has been compared experimentally and numerically. The cracked test specimens were loaded using modified Arcan fixture to create pure opening fracture mode (mode I), pure in-plane shear fracture mode (mode II) and mixed mode of (I and II). In the numerical part, Ansys finite element package was used to simulate the test specimens performance. The results of this study showed a significant increase in tensile strength of the repaired components by using these two methods compared to simply cracked specimens. Thus, an increase of 44% in the tensile strength of mode I can be achieved with a composite patch, however, the strength increase is reduced to 18% in pure shear mode. Clamping force also increases the fracture strength in mixed mode. This increase is 24% for pure shear mode and it reaches 9% in the pure tensile mode.
    Keywords: Fracture mechanics, Mixed mode, Bolt clamping force, Composite patch, Stress intensity factor
  • R. Bannazadeh, M. Riahi, M. khosroabadi Pages 641-657
    Performance of cutting fluids in machining of different materials is critical importance in order to improve the efficiency of any machining process. The objective of this research is investigation the effects of cryogenic cooling on tool wear and power consumption in the turning process of AISI 304 austenitic stainless steel. Cutting speed and cutting time each at three levels were selected as cutting variables. Response surface methodology (RSM), employing a face-centered central composite design scheme, has been used to plan and analyze the experiments. The relationships between machining parameters and output variables were modeled using RSM. Analysis of variance (ANOVA) was performed to check the adequacy of the mathematical model and its respective variables. The results showed a good agreement between the measured tool wear and power consumption and predicted values obtained by developed models. Suitable mathematical models for the response outputs were obtained using the ANOVA technique, in which significant terms were chosen according to their p values less than 0.05 (95% of confidence interval). When experiments and analysis of results were done, it is observed that tool wear was decreased till 67.5% and power consumption was decreased till 24% in cryogenic cooling method when compared with dry machining.
    Keywords: Cryogenic cooling, Tool wear, Power Consumption, AISI 304, Response surface methodology
  • N. Abbasi, M. Razfar, M. Khajehzadeh Pages 657-670
    This paper summarizes the experimental and numerical simulations of 2D temperature fields on the chip and cutting tool during ultrasonic assisted turning of AISI 4140 hardened steel using carbide inserts. To achieve this goal, the finite difference method is used to develop a numerical model in order to predict cutting tool’s temperature during ultrasonic assisted turning. First, finite difference method is used to develop a predictive model of cutting tool’s temperature in case of conventional turning and then the analysis results are used in combination with the model developed for ultrasonic assisted turning to predict cutting temperature profiles during this process. Finally, finite difference-based simulation results are validated with experimental measurements of temperatures from ultrasonic assisted turning tests using thermocouple technique. Using the analysis results, the effect of machining and vibrational parameters (cutting speed, feed rate, and vibration amplitude) can be easily studied on ultrasonic assisted turning cutting temperatures. The results show that ultrasonic assisted turning is able to lower the maximum cutting temperature in the cutting tool, about 37%, in low feed rates (≈0.11 mm/ rev), with a vibration amplitude of (≈10 .m) and work velocity of (≈30 m/min).
    Keywords: Ultrasonic assisted turning, Finite Difference Method, Temperature istribution, Thermocouple, Hardened Steel
  • H. Imani, J. Hashemi, M. H. Sadeghi, A. RASTI Pages 671-680

    In order to make accurate holes with traditional hole-making methods, it is necessary to use secondary operations such as reaming. Furthermore, by using this method, the tolerance of the hole has a limited range, therefore, it is not useful for shaft based systems. But it is feasible to make a hole with the desired accuracy by using new hole-making methods such as helical and profile milling only by one operation. This study investigated the nominal size, roundness and cylindricity tolerances of helical and profile milled holes in AISI D2 hardened steel. The full factorial design of experiments was used In order to study the effects of the cutting parameters on the dimensional and geometrical tolerances of the holes. The results demonstrated that the range of the dimensional tolerance of the helical milled holes was between 0.001 mm and 0.034 mm which is tighter than the profile milled holes. However, due to the fewer interpolation errors in the profile milling strategy, the geometrical tolerances of the profile milled holes were tighter. The best cylindricity tolerance was obtained by profile milling strategy with the 110 m/min of cutting speed, 0.03 mm/tooth of feed rate and 0.3 mm of depth of cut.

    Keywords: Hole-making strategies, Helical milling, Profile milling, Dimensional, geometrical tolerances, AISI D2 hardened steel