فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال هفتم شماره 4 (تیر 1399)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هفتم شماره 4 (تیر 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • آرمان قلی زاده روشن، عباس ذوالفقاری*، محسن شاکری صفحات 1-9
    در سالهای اخیر، روش های چاپ سه بعدی (ساخت افزودنی) مورد توجه مراکز تحقیقاتی و صنایع مختلف قرار گرفته است. از بین این فرآیندهای چاپ سه بعدی، روش رسوب مذاب (Fused deposition modeling) به دلیل سادگی فرآیند و ارزان بودن تجهیزات متداول تر بوده است. در این روش از فیلامنتهای پلیمری، برای نمونه سازی و یا در برخی موارد به منظور ساختن یک قطعه سازه ای استفاده می شود. در این تحقیق فیلامنتهای کامپوزیتی که از زمینه پلیمری ABS و کسرهای حجمی مختلف اکسید آلومینیوم (آلومینا) تشکیل شده اند، تولید شدند. خواص مکانیکی و فیزیکی قطعات چاپ شده با این فیلامنت ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمون کشش نشان داد که با افزایش کسر حجمی آلومینا استحکام های کششی به دلیل ایجاد حفره های بین لایه ای کاهش می یابند. در نمونه 20 درصد حجمی آلومینا، استحکام کششی تا 70 درصد کاهش یافت. ولی در آزمون فشاری، تا 10 درصد حجمی استحکام های فشاری 74 درصد کاهش یافته و سپس استحکام فشاری افزایش می یابد. آزمون تغییر شکل حرارتی نیز انجام شد و به دلیل ضعیف بودن استحکام ها دمای تغییر شکل حرارتی 11 درصد کاهش یافت. آنالیز توزین حرارتی، نشان داد که با افزایش آلومینا پایداری حرارتی قطعات چاپ شده افزایش یافت. انقباض طولی در سه جهت برای قطعه چاپ شده اندازه گیری شده و ناهمسانگردی در انقباض بحث شد. همچنین با افزایش آلومینا تا 15 درصد حجمی، سختی تا 27 درصد کاهش یافته است و پس از آن سختی کمی افزایش یافت. با افزایش آلومینا تا 20 درصد حجمی، اعوجاج قطعات تا 91 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: چاپ سه بعدی، رسوب مذاب، فیلامنت کامپوزیتی، آلومینا
  • محسن مرادی، مسعود فرحناکیان* صفحات 10-18
    به عنوان یک تعریف ساده از مواد با خواص تابعی، مواد کامپوزیتی با ریز ساختار ناهمگن می باشند که از دو یا چند جز تشکیل شده اند. خواص این مواد از یک سطح به سطح دیگر تغییر می کند. روش گریز از مرکز، یکی از روش های مفید در ساخت این گونه مواد است که پارامترهای مختلف این فرآیند بر روی شیب توزیع مواد تقویت کننده موثر می باشند. در این تحقیق، از پودرهای مس، آهن، کاربید سیلیسیم و آلومینا به عنوان تقویت کننده و از رزین پلی استر، به عنوان ماده پایه استفاده شده است. برای ساخت مواد با خواص تابعی، مواد تقویت کننده با نسبت های حجمی مشخص، با رزین مخلوط شده و در قالب چرخان ریخته می شود. ذرات با توجه به نیروی گریز از مرکز درون رزین موقعیت دهی می شوند. عکسبرداری از نمونه ها توسط میکروسکوپ نوری انجام گرفته و با استفاده از پردازش تصویر، توزیع ذرات مورد بررسی قرار گرفتند. برای اندازه گیری مقاومت مکانیکی قطعات ساخته شده از آزمون خمش سه نقطه ای طبق استاندارد ASTM D790 استفاده شد. نتایج نشان می دهد که سرعت چرخش قالب یکی از پارامترهای مهم تاثیر گذار بر روی حرکت ذرات تقویت کننده می باشد. بطوریکه که افزایش سرعت چرخشی قالب از 250 دور بر دقیقه به 500 دور بر دقیقه، موجب افزایش شیب توزیع مواد تقویت کننده شده است. نتایج حاصل از آزمون خمش بر روی مواد با خواص تابعی مشاهده می شود که افزایش استحکام و حجم ذرات تقویت کننده، موجب افزایش استحکام و مدول مواد با خواص تابعی شده است.
    کلیدواژگان: مواد تابعی پایه رزینی، گریز از مرکز، پردازش تصویر، استحکام خمشی
  • بهزاد اکبرزاده، حمید گرجی*، محمد بخشی، روح الله جماعتی، محمدجواد میرنیا صفحات 19-29

    فرآیندهای تغییر شکل پلاستیک شدید به منظور تولید قطعات حجیم با خواص مکانیکی مناسب درطی دهه قبل گسترش یافته اند. فرآیند اکستروژن - فشار در کانال زاویه دار یکسان به عنوان یک فرآیند جدید، قابلیت انجام تغییرشکل پلاستیک شدید به علت وجود دو ناحیه برشی پشت سر هم با نرخ کرنش های بزرگ تر و توزیع کرنش همگن تر نسبت به برخی از فرآیندهای تغییر شکل پلاستیک شدید مانند پرس کاری زاویه ای در کانال های یکسان را دارا می باشد. در این پژوهش، ضمن معرفی این فرآیند به عنوان یک فرآیند جدید تغییر شکل پلاستیک شدید، تولید یک نمونه استحکام بالا AA1050 توسط این فرآیند به صورت تجربی و شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفت و پارامترهای موثر بر آن معرفی شده است. در این پژوهش نشان داده شده با استفاده از این فرآیند جدید، امکان تولید نمونه های با نرخ بزرگ تر و توزیع همگن تر کرنش نسبت به فرآیند رایج پرس کاری زاویه ای در کانال های یکسان و اکستروژن جانبی بوده و محدودیت طول بلند بیلت را که در پرس کاری زاویه ای در کانال های یکسان رایج به علت اصطکاک شدید با دیواره قالب که مانع از انجام فرآیند می شد، به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد. نمونه های تولیدی در یک مرحله از این فرآیند دارای افزایش 50 درصدی استحکام تسلیم نسبت به نمونه آنیل شده می باشد که این نشان از کارایی بالای این فرآیند دارد.

    کلیدواژگان: تغییرشکل پلاستیک شدید، خواص مکانیکی، نرخ کرنش، استحکام تسلیم
  • عباس پاک*، علی فراهانی صفحات 31-38
    امروزه با پیشرفت علم مواد و با تولید مواد با خواص ویژه از قبیل سوپر آلیاژها، کامپوزیتها و سرامیک های مورد کاربرد در صنایع پیشرفته استفاده از روش های سنتی براده برداری برای تولید این قطعات امکان پذیر نمی باشد. لذا استفاده از روش های نوین مورد توجه قرار گرفته است. یکی از این روش ها که قابلیت اضافه شدن به فرآیندهای براده-برداری سنتی را دارد، استفاده از ارتعاشات فراصوتی در حین فرآیند ماشینکاری است .در این مقاله روابط تحلیلی محاسبه نیروهای ماشینکاری مربوط به فرزکاری به کمک ارتعاشات فراصوتی بر اساس ضخامت براده تغییر شکل نیافته استخراج گردیده است. سپس شبیه سازی عددی فرآیند فرزکاری به کمک ارتعاشات فراصوتی با اعمال ارتعاشات به قطعه کار در جهت پیشروی توسط نرم افزار اجزای محدود آباکوس انجام و نیروهای ماشینکاری تعیین شده است. نتایج بدست آمده بصورت تحلیلی و عددی نشان می دهد که استفاده از ارتعاشات فراصوتی باعث تغییر مسیر حرکت ابزار و تغییر ضخامت براده تغییر شکل نیافته و در نتیجه کاهش نیروهای ماشینکاری در فرآیند فرزکاری می گردد. همچنین بر اساس نتایج بدست آمده مشاهده گردید که تطابق خوبی بین نتایج تحلیلی و شبیه سازی عددی بصورت سه بعدی در مقیاس ماکرو وجود دارد.
    کلیدواژگان: فرزکاری، نوسان فراصوتی، شبیه سازی عددی، نیروی های ماشینکاری
  • رسول نادری، مصطفی حاجیان حیدری*، محسن کریمی، علیرضا احمدی صفحات 39-47

    فرایند همزن اصطکاکی یک روش حالت جامد برای اصلاح و همگن سازی موضعی ریزساختار و افزایش خواص مکانیکی فلزات است. در تحقیق حاضر، از این روش برای ایجاد کامپوزیت زمینه آلومینیمی 5456 تقویت شده با نانوذرات SiO2 (با میانگین اندازه ذره 20 نانومتر) استفاده شد. پارامترهای مورداستفاده شامل سرعت پیشروی ثابت 8 میلی متر بر دقیقه، سرعت دورانی 800 و 2500 دور بر دقیقه و مقدار ذرات تقویت کننده 5 و 15 درصد وزنی بود. ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی موردبررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزودن ذرات تقویت کننده، میانگین اندازه دانه در ناحیه همزده کاهش پیدا می کند. همچنین، مشاهده شد که اندازه دانه های منطقه همزده با افزایش سرعت دورانی کاهش می یابد. برای بررسی خواص مکانیکی، از آزمون های ریزسختی و کشش استفاده شد. نتایج نشان داد که با افزایش سرعت دورانی میزان سختی منطقه همزده از 80 به 170 ویکرز افزایش یافت. همچنین، نتایج آزمون کشش نشان داد که میزان استحکام با درصد کمتر ذرات تقویت کننده افزایش یافته و از 130 به 210 مگاپاسکال تغییر می کند.

    کلیدواژگان: فرایند همزن اصطکاکی، کامپوزیت زمینه آلومینیمی، نانوذرات SiO2، ریزساختار، خواص مکانیکی
  • ایمان حاجیان نیا، محمدرضا پاک منش*، مرتضی شمعانیان، مسعود عطاپور صفحات 48-54

    در این پژوهش رفتار سایشی فولاد با پلاستیسیته حاصل از استحاله (TRIP) و فولاد دو فازی (DP) حاصل از دو چرخه عملیات حرارتی مختلف در یک فولاد کم آلیاژ استحکام بالا مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش های سایش به صورت رفت و برگشتی تحت نیروی یک کیلوگرم و با سرعت خطی ثابت 1/0 متر بر ثانیه انجام شد و سپس سطح نمونه های سایش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی همراه با آنالیز نقطه ای بررسی گردید و به منظور ارزیابی نوع فازهای تشکیل شده، از آزمون پراش پرتو ایکس استفاده شد. یافته ها نشان داد که طی فرایند سایش، فولاد TRIP نسبت به فولادDP دارای کاهش وزن بیشتری می باشد؛ در فولاد TRIP، طی فرایند سایش به علت استحاله تبدیل فاز آستنیت باقی مانده به مارتنزیت، نرخ تغییرات وزن کاهش شدیدتری را نشان داد. در فولاد DP به علت اختلاف شدید سختی فریت و مارتنزیت، سطح سایش غیریکنواخت تری به دست آمد. همچنین آزمایش ها حاکی از تشکیل اکسید Fe2O3 در فولاد DP و Fe2O3 و Fe3O4 در فولاد TRIP می باشد که میزان اکسید آهن در فولاد TRIP نسبت به فولاد DP بیشتر بود. در نهایت مکانیسم سایش هر دو فولاد، ورقه شدن به همراه سایش اکسیدی تشخیص داده شد.

    کلیدواژگان: فولاد TRIP، فولاد DP، سایش، ورقه شدن، سایش اکسیدی
|
  • Arman Gholizadeh Roshan, Abbas Zolfaghari *, Mohsen Shakeri Pages 1-9
    In recent years, 3D printing methods (additive manufacturing) have been attracted in research centers and industry. Among several 3D printing processes, fused deposition modeling (FDM) was more popular. In this method, plastic filaments were used for rapid prototyping or manufacture of a structural part. In this research, composite filaments compounded by a polymeric matrix and different volume fraction of aluminum oxide (alumina), were produced. Mechanical and physical properties of printed parts by these filaments were evaluated. Tensile test results showed that with increase of the volume fraction of alumina, tensile strengths were decreased because of inter layer voids. For 20% volumetric of alumina, tensile strength was decreased up to 70%. But in compression test, compressive strength was decreased 74% with increase of alumina till 10% and then compressive strength increased. Also, heat deflection temperature test was conducted and 11% decrease in heat deflection temperature was obtained, because of lower strengths of composites. Thermogravimetric analysis (TGA) showed that with increase of alumina, thermal stability of printed parts was increased. Linear shrinkage was measured for printed part in three directions and anisotropic shrinkage was explained. Also with increase of alumina till 15% volumetric, hardness was decreased to 27% and after that the hardness was increased a little. With increase of alumina till 20% volumetric, warpage of parts was decreased to 91%.
    Keywords: 3D Printing, fused deposition modeling, composite filament, Alumina
  • Mohsen Moradi, Masoud Farahnakian * Pages 10-18
    A simple definition of functional graded material (FGM) includes composite with inhomogeneous micro-structure that made by at least two components. The properties of FGMs vary along the the material thickness. The centrifugal procedure is a useful method to fabricate a FGM material. Different parameters of centrifugal method effect on the distribution of the reinforcement material. In this study, copper, iron, SiC and alumina powders were used as reinforcements and a polyester resin employed as the matrix. In manufacturing process of mentioned materials, powders with specific volumetric ratio, mixed with the resin and poured into the rotary mold. By attention to centrifugal force, powder paricles found specific position in the resin. Captured images from the surface of fabricated FGM tubes and distribution of particles were analysed by image processing. Three point bending tests were used to measure the strength of material according to ASTM D790 standard. The results showed that the rotational speed of mold is the most effective parameter on the distribution of reinforcement particles. Therefore, by increasing the speed from 250 to 500 rpm, slope of distribution of reinforcement particles increased. The results of the bending test showed that employment of reinforcement particles with more strength and volume led to increase the strength and module of fabricated FGMs.
    Keywords: Functional graded material, Centrifugal method, image processing, Flexural Strength
  • Behzad Akbarzadeh, Hamid Gorji *, Mohammad Bakhshi, Rooholla Jamaati, Mohammad Javad Mirnia Pages 19-29

    Severe plastic deformation processes have been developed for the fabrication of material with proper mechanical properties over the past decade. The Extrusion process with Equal Channel Angular Pressing as a new process is able to apply a severe plastic deformation due to two continuous shear regions with higher strain rates and more homogeneous strain distribution compared to some of the SPD processes like ECAP. In this study, a new process of severe plastic deformation is introduced and fabricating an high strength AA1050 specimen was investigated experimentally and numerically which led to presenting an effective parameter of this process. It has been shown with using this new process, it is possible to fabricate samples with a higher strain rate and more homogeneous distribution compare with conventional ECAP and extrusion, and the limitation of the high length sample was significantly reduced than the conventional ECAP which friction with the die wall prevents it from continuing. It has been shown that the fabricated sample of one pass of this process has a 50% increasing in yield strength than the annealing sample, which indicates the high efficiency of this process.

    Keywords: Severe plastic deformation, mechanic properties, Strain Rate, yield stress
  • Abbas Pak *, Ali Farahani Pages 31-38
    Nowadays, with the advancement of materials science and the production of materials with special properties such as super alloys, composites and ceramics used in advanced industries, the use of traditional machining methods for the production of these parts is not possible. Therefore, the use of modern methods has been considered. One of these methods, which has the ability to add to traditional cutting processes, is the use of ultrasonic vibrations during the machining process. In this paper, analytical relations have been derived to calculate machining forces associated with ultrasonic vibration based on the undeformed chip thickness. Then numerical simulation of ultrasonic assisted milling process is performed by applying the vibrations to the workpiece in the feed direction by using the ABAQUS finite element software and the machining forces are determined. The results obtained by analytical and numerical data show that the use of ultrasonic vibrations can change the direction of movement of the tool and change the thickness of the undeformed chip and thus reduce the machining forces in the milling process. Also, based on the results, it was found that there is a good agreement between the results obtained from analytical analysis and 3D FEM modeling in macro scale.
    Keywords: Milling, Ultrasonic Vibration, FEM modeling, Machining Forces
  • Rasoul Naderi, Mostafa Hajian Heidary *, Mohsen Karimi, Alireza Ahmadi Pages 39-47

    Friction stir processing is a solid-state method used for local homogenization, grain structure refinement, and improvement of mechanical properties of metallic materials. Through this method, AA5456/SiO2/5-15p nanocomposites were produced in the present research. The average particle size of the reinforcements was 20 nm. The processing parameters included the constant traverse of 8 mm/min and rotational speeds of 800 and 2500 rpm. The microstructural examinations were carried out using the optical and scanning electron microscopies. The results showed that the average grain size of the stir zone reduced by incorporation of the reinforcing particles into the matrix. It was also observed that the increase in the rotational speed results in a decrease in the grain size of the stir zone. The mechanical properties of the friction stir processed composites were also evaluated by the microhardness and tensile testing. It was revealed that the microhardness is increased from 80 to 170 HV when the rotational speed increases. The tensile test results showed an improved strength from 130 to 210 MPa for samples with lower percentages of reinforcements.

    Keywords: Friction Stir Processing, Aluminum matrix composite, SiO2 nanoparticles, Microstructure, Mechanical properties
  • Iman Hajannia, Mohammad Reza Pakmanesh *, Morteza Shamanian, Masoud Atapour Pages 48-54

    In this research, wear behavior of a TRIP steel and a DP steel from two different heat treatments was investigated on a high-strength low-alloy steel. Reciprocating wear tests were performed at a force of one kg with a constant linear velocity of 0.1 m/s. Wear samples were studied by SEM with point analysis. To study type of phases formed, XRD was used. The results showed that during the wear process, TRIP steel had more weight loss than DP steel, and in TRIP steel, the rate of change in weight decreased significantly during the wear process due to the transformation of the remaining austenite phase to martensite. In the DP steel, due to severe difference in ferrite and martensitic hardness, a more uniform wear surface was produced. Also, experiments showed that Fe2O3 oxide was formed in steel DP and Fe2O3 and Fe3O4 in steel TRIP, which increased the amount of iron oxide in steel TRIP compared to DP steel. Ultimately, the wear mechanism of both steel, delamination and oxidation wear were detected.

    Keywords: TRIP steel, DP steel, Wear, Delamination, oxidation