فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال هفتم شماره 5 (امرداد 1399)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هفتم شماره 5 (امرداد 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/05/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی اصغر ذوالفقاری درزی، حمید گرجی*، محمد بخشی، روح الله جماعتی صفحات 1-13

    تغییر شکل پلاستیک شدید یکی از روش های تولید مواد ریزدانه و استحکام بالا می باشد که در چند دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته است.در این پژوهش یک روش تغییر شکل پلاستیک شدید جدید با عنوان پرس کاری لوله به کمک فشار سیال جهت تولید لوله استحکام بالا ارایه شده است. در روش مذکور بر خلاف روش های معمول، به جای قالب و ماندرل،از فشار سیال برای حفظ شکل لوله کمک گرفته شده است تا با حذف تماس بین دیواره لوله و قالب، نیروی مورد نیاز فرآیند مستقل از طول لوله گردد. هر پاس فرآیند پرس-کاری لوله به کمک فشار سیال شامل دو نیم سیکل می باشد که با عبور لوله از کانال تغییر شکل در نیم سیکل های اول و دوم به ترتیب باعث افزایش و کاهش قطر لوله و اعمال کرنش پلاستیک بر لوله می گردد. نتایج شبیه سازی نشان داده است که نیروی مورد نیاز این فرآیند در مقایسه با روش پرس کاری در کانال زاویه دار لوله ای موازی برای آلومینیوم 1050 و با ابعاد انتخاب شده در این پژوهش 60 درصد کمتر می باشد. در فرآیند ارایه شده با افزایش طول لوله، نیرو افزایش نخواهد داشت که این نکته از مزایای این روش برای تولید لوله های استحکام بالا با ابعاد بزرگ می باشد. نتایج تجربی بر روی لوله هایی از جنس آلومینیوم 1050 نشان داد که بعد از 2 پاس میزان استحکام تسلیم و نهایی نمونه ها از مقادیر اولیه 51 و 65 مگاپاسکال، به ترتیب به 78 و 96 مگاپاسکال افزایش یافت. به علاوه، مقدار متوسط میکروسختی نمونه ها بعد از 3 نیم سیکل از مقدار اولیه 28 به 35 ویکرز افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: تغییرشکل پلاستیک شدید، پرس کاری لوله به کمک فشار سیال، لوله استحکام بالا، خواص مکانیکی
  • سارا ابیدریان، امیرحسین بهروش*، محسن برموز، سید کاوه هدایتی صفحات 14-23

    در این پژوهش اثر متغیرهای فرآیند در ساخت قطعات به روش چاپ سه بعدی لایه نشانی مذاب (FDM) بر خواص حافظه شکلی PLA بررسی شده است. فرآیند لایه نشانی مذاب به دلیل هزینه پایین و قابلیت بالای فرآیند در ساخت قطعات با هندسه های نسبتا پیچیده، یکی از پرکاربردترین روش های تولید افزودنی است. ساخت مواد حافظه شکلی به روش چاپ سه بعدی را چاپ چهاربعدی می نامند. با استفاده از آزمون خمش سه نقطه ای، رفتار حافظه شکلی نمونه های چاپ شده با درصدهای پرشدگی 50 و 100 درصد و زاویه های چاپ صفر، 45± و 90 درجه، ارزیابی و اندازه گیری شده اند. به منظور بررسی اثر فرآیند چاپ سه بعدی بر خواص حافظه شکلی، نمونه های مشابه با هندسه یکسان به روش قالب گیری فشاری تولید و مقایسه شده اند. با توجه به نتایج به دست آمده میزان بازیابی نیرویی نمونه های با درصد پرشدگی 100 و 50 درصد به ترتیب برابر با 61.6 و 68.9 درصد بوده که این مقدار برای مورد مشابه تولید شده با روش قالب گیری فشاری برابر با 60.8 درصد بوده است. همچنین بازیابی شکلی در قطعه ساخته شده با روش چاپ سه بعدی تا 86.3 درصد و در قطعه قالب گیری فشاری 95 درصد ثبت گردیده است. چگالی بالا و عدم وجود تخلخل قطعات تولیدی به روش قالب گیری فشاری، منجر به افزایش نیروی اولیه تغییر شکل موقت و متناسب با آن افزایش نیروی بازیابی می شود.

    کلیدواژگان: لایه نشانی مذاب، حافظه شکلی، چاپ چهار بعدی، قالب گیری فشاری، پلی لاکتیک اسید
  • علیرضا احمدی، محمدرضا فراهانی*، امیررضا اردبیلی صفحات 24-32
    حرارت نگاری پالسی امروزه در صنایع مختلف برای بازرسی و پایش برخی قطعات، مورد استفاده قرار می گیرد. خوردگی در سازه های فلزی از مهمترین عیوبی است که هر ساله هزینه های زیادی را به صنایع تحمیل می کند که با تشخیص به موقع آن می توان بخشی از این هزینه ها را کاهش داد. روش های زیادی برای تشخیص عیب خوردگی وجود دارد اما سرعت زیاد انجام آزمون، عدم نیاز به تماس، بررسی و بازرسی سطوح بزرگ در زمان کم و قابلیت انجام آن بر روی بسیاری از مواد، از جمله مزایای حرارت نگاری پالسی است. در این مقاله، برای تشخیص و بررسی عیب خوردگی در ورق های فلزی از روش های آزمون غیرمخرب، روش حرارت نگاری پالسی استفاده شده است. نمونه های مورد آزمایش در این مقاله از جنس فولاد کم کربن و فولاد آلیاژی ساخته شدند که کاربردهای فراوان در صنایع مختلف دارند. هدف این پژوهش شبیه سازی و شناسایی عیوب خوردگی در قطعات فولادی بود. عیوب مختلفی جهت بررسی قدرت این آزمون غیرمخرب در تشخیص حداقل قطر و بیشترین عمق، طراحی و ساخته شدند. اثر فاصله منابع تحریک، زاویه تابش، جنس نمونه ها و طول زمان تحریک در آزمون های انجام شده، مورد بررسی قرار گرفت. توانایی و قدرت تشخیص عیوب بدون نیاز به پردازش تصویر از مزایای روش به کار برده شده است. از الگوی عیوب ایجاد شده در نمونه ها، در نمونه فولاد کم کربن کوچکترین عیب با قطر 4 میلی متر در عمق 1 میلی متر و در نمونه فولاد آلیاژی کوچکترین عیب با قطر 3 میلی متر در عمق 1 میلی متر از سطح قابل تشخیص بودند.
    کلیدواژگان: خوردگی، آزمون های غیرمخرب، ترموگرافی پالسی، ورق فولادی
  • محرم حبیب نژاد کورایم، معین طاهری*، حسام خاکسار، سید حسن بطحائی صفحات 33-43
    تعاریف مختلف نانوتکنولوژی نشان دهنده ی این واقعیت است، که فناوری نانو دامنه ی وسیعی از حوزه های علمی را در بر می گیرد. در حقیقت نانوتکنولوژی یک علم بین رشته ای و رویکردی جدید به تمام رشته ها است. در فرآیند نانومنیپولیشن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، مدل های تماسی برای تعیین نیرو و زمان بحرانی که تشکیل دهنده ی فاز اول این فرآیند هستند، نقش بسیار مهمی دارند. در این مقاله دو بخش تماسی در نانومنیپولیشن میکرو/نانوذرات استوانه ای طلا مورد بررسی قرار گرفته است. بخش اول تماس میکرو/نانوذرات هدف و صفحه ی مبنا و بخش دوم تماس نوک سوزن تیرک و میکرو/نانوذرات هدف است. برای بخش اول از پنج مدل تماسی مهم هرتز، لاندبرگ، داوسون، نیک پور و هواپریچ استفاده شده است. در بخش دوم نیز از مدل های تماسی هرتز و جی کی آر بهره گرفته شده است. برای تماس در بخش اول تغییر شکل صورت گرفته بین صفحه ی مبنا و میکرو/نانوذرات استوانه ای طلا، مدل داوسون بیشترین و مدل نیک پور کمترین میزان تغییر شکل و عمق نفوذ را داشته است. همچنین در تغییر شکل صورت گرفته بین ذرات استوانه ای هدف و نوک کروی سوزن، مدل هرتز کمترین و مدل جی کی آر بیشترین تغییر شکل و عمق نفوذ را به دلیل در نظر گرفتن نیروهای چسبندگی نشان داده است. نتایج داشته است، که با افزایش زاویه ی نوک سوزن با محور z، میزان عمق نفوذ و تغییر شکل ایجاد شده بین ذره و صفحه ی مبنا به طور کلی کاهش خواهد یافت که، مدل لاندبرگ بیشترین و مدل نیک پور کمترین میزان کاهش را نمایش داده است.
    کلیدواژگان: منیپولیشن سه بعدی، مدل های تماسی مقیاس میکرو، نانو، میکروسکوپ نیروی اتمی، تغییر شکل ناحیه تماس، اثر زاویه ای
  • شروین اسفندیاری مازندران، پیام سرائیان*، احسان شکوری، شهرام اعتمادی حقیقی صفحات 44-55
    با توجه به نیاز برخی از صنایع به اتصال مستقیم لایه های فلز و کامپوزیت به یکدیگر و کاربردهای ویژه آن در صنعت، در این پژوهش به بررسی راهکاری جهت ایجاد اتصال چسبی میان فولاد و کامپوزیت کربن-فنولیک پرداخته شده است. از آنجا که این لایه کامپوزیتی، به طور ذاتی چسبندگی مناسبی با سطح فولادی ندارد، برای ایجاد یک اتصال پایدار، آماده سازی سطحی زیر لایه فولادی اجتناب ناپذیر است. در این پژوهش، جهت آماده سازی سطوح فولادی، از فرآیند آج زنی توسط چهار نوع قرقره آج با هندسه و گام های متفاوت استفاده شد و سپس با انجام آزمون کششی چسبندگی، استحکام اتصال چسبی لایه کامپوزیتی مذکور به سطح آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد، عملیات آج زنی در حدود 50% از کل نمونه ها، افزایش استحکام اتصال چسبی را در مقایسه با نمونه دارای سطح صاف فلزی را سبب شده است. در مقایسه استحکام اتصال چسبی برای دو الگوی آج ضربدری و مستقیم، در حالت تساوی مساحت ناحیه تحت کشش و به ازای گام 0.6 میلی متر، استحکام اتصال چسبی ایجاد شده با الگوی آج مستقیم در حدود 5 برابر بیشتر از آج ضربدری شکل گزارش شد. همچنین بیشترین مقدار برای استحکام اتصال چسبی، برای سطح آماده سازی شده با استفاده از الگوی آج مستقیم و گام 0.6 میلی متر و به مقدار 12.62 مگاپاسکال گزارش شد که در مقایسه با سطح صاف ماشین کاری شده به مقدار 76% افزایش داشته است.
    کلیدواژگان: اتصال چسبی، آماده سازی سطح، کامپوزیت کربن - فنولیک، آج زنی
  • رشید توحیدی منش، مهدی قبیتی حسب*، علی حیدری مقدم صفحات 56-63
    در این تحقیق با استفاده از فرآیند اصطکاکی اغتشاشی (FSP)، سطح ورق آلومینیوم 7075T6 با میکروذرات و نانوذرات پامیس تقویت شد. ابتدا مطلوب ترین شرایط از لحاظ تعداد پاس فرآیند (1 و 4 پاس)، سرعت پیشروی خطی (40 و 80 میلی متر بر دقیقه) و سرعت دورانی ابزار (800 و 1200 دور بر دقیقه) با توجه به ریزساختار، سختی و مقاومت به سایش آلومینیوم انتخاب شد. نتایج بررسی ها نشان داد که با افزایش تعداد پاس، کاهش سرعت پیشروی خطی و افزایش سرعت دورانی ابزار، اندازه دانه ها در محدوده اغتشاش یافته کاهش (بر اساس تصاویر میکروسکوپی)، سختی افزایش (بر اساس نتایج تست میکروسختی ویکرز) و مقاومت به سایش نیز افزایش (بر اساس نتایج تست پین روی دیسک) می یابد. تحت شرایط تک پاسه، سرعت پیشروی خطی 80 میلی متر بر دقیقه و سرعت دورانی 800 دور بر دقیقه اندازه دانه متوسط در ناحیه اغتشاش یافته حدود 10 میکرون بود در حالی که با ایجاد شرایط 4 پاسه، سرعت پیشروی خطی 40 میلی متر بر دقیقه و سرعت دورانی 1200 دور بر دقیقه به حدود 5 میکرون کاهش یافت که موجب افزایش میانگین میکروسختی از 80.2 به 94.6 ویکرز و کاهش میزان سایش از 33 به 27 میلی گرم پس از طی مسافت 1000 متر گردید. با افزودن میکروذرات پامیس (با اندازه میانگین 5 میکرون) و نانوذرات پامیس (با اندازه میانگین 100 نانومتر) به زمینه آلومینیوم، میانگین سختی بترتیب به 99.6 و 107.8 ویکرز افزایش و میزان سایش بترتیب به 24 و 20 میلی گرم کاهش یافت.
    کلیدواژگان: فرآیند اصطکاکی اغتشاشی، آلومینیوم 7075، ذرات پامیس، سختی، مقاومت به سایش
|
  • AliAsghar Zolfaghari Darzi, Mohammad Bakhshi, Roohollah Jamaati Pages 1-13

    Severe plastic deformation has been attracted the attention of researchers during the last couple of decades as a method to produce fine grain materials with high strength. In this study a new technique, called hydro assisted tube pressing (HATP), is proposed for severe plastic deformation of tubular materials. In this technique, unlike conventional methods, the fluid pressure is employed instead of die and mandrel, to maintain the geometry of the tube, and also to eliminate the die and tube surface contacts, making the required force in this process independent of the length of the tube. Each pass of the HATP process involves two half-cycles that by passing the tube through the deformation channel during the first and second half-cycle, respectively, the tube’s diameter increases and decreases and imposing a plastic strain on the tube. Finite element simulation results showed that the force required in this technique is 60% less than that in the PTCAP technique for AL1050 with the specified dimensions. In this proposed technique, by increasing the length of the tube, the force will not increase, which is one of the advantages of this method for producing high strength tubes with large dimensions. The experiments on AA1050 tubular specimens showed that the yield and ultimate tensile strengths increase from 51 and 65 MPa to 78 and 96 MPa, respectively, after two passes of HATP. Moreover, the micro-hardness tests on the samples after three half-cycles showed an increase in the hardness from 28 to 35 HV.

    Keywords: Severe plastic deformation, Hydro assisted tube pressing, high strength tube, Mechanical properties
  • Sara Abidaryan, AmirHossein Behravesh *, Mohsen Barmouz, Seyyed Kaveh Hedayati Pages 14-23

    In this study, the effect of processing parameters on the shape memory properties of 3D-printed PLA products, in the fused deposition modeling (FDM) method, was investigated. The FDM is one of the most widely used additive manufacturing methods due to its low cost and high process capability in fabricating components with complex geometries. Manufacture of shape-memory materials in a 3D printing process is also called 4D printing. Utilizing the three-point bending test, the shape memory behaviors of the printed specimens, with infill percentages of 50% and 100% and printing angles of 0, ±45, and 90 degrees, were measured. To evaluate and compare the effects of the 3D printing process parameters on the shape memory properties, similar specimens with the same geometry were produced using the compression molding process. According to the results, the force recovery of the samples with 100% and 50% fill percentages were 61.6% and 68.9%, respectively, compared to 60.8% for the counterpart samples produced via compression molding. Also, the shape recovery of the FDM process and the compression molding were recorded as 86.3% and 95%, respectively. Assumingly, the higher density and the lack of porosity of the samples produced via the compression molding process increased the initial programming force and the recovered force, accordingly.

    Keywords: fused deposition modeling, Shape memory, 4D Printing, Compression Molding, Polylactic Acid
  • Alireza Ahmadi, Mohammadreza Farahani *, Amirreza Ardebili Pages 24-32
    Pulse thermography is used in various industries to inspect and monitor certain parts and assemblies. Corrosion in steel structures and components is one of the most important defects that impose huge costs on industries each year, which can be partially reduced by timely detection. There are many ways to diagnose corrosion, but the high speed of testing, the need to not sample, the inspection of large surfaces in low time, and the ability to perform it on many materials, are the advantages of pulse thermography. In this paper, from non-destructive testing methods, pulsed thermography is used to detect corrosion defects in metal sheets. The samples tested in this paper are made of low carbon steel and alloy steel which have many applications in various industries. The aim of this study was to simulate and identify corrosion defects in steel parts. Various defects were designed and fabricated to evaluate the strength of this non-destructive testing in determining the minimum diameter and maximum depth. The effects of excitation sources distance, radiation angle, material of samples and duration of excitation on the tests were investigated. The ability to detect defects without the need for image processing has been exploited to the advantage of the employed method. From the pattern of defects created in the samples, the smallest detected defect in the low carbon steel specimen was 4 mm in diameter at 1 mm depth and in the alloy steel specimen the smallest detected defect was 3 mm in diameter at 1 mm depth.
    Keywords: corrosion, non-destructive testing, Pulse Thermography, steel plates
  • Moharam Korayem, Moiein Taheri *, Hesam Khaksar, Seyed Hasan Bathaee Pages 33-43
    Different definitions of nano-technology prove this truth that nano-technology includes wide range of various scientific fields. In fact, nano-technology is an interdisciplinary science and a new approach to the all domains. In Nanomanipulation process by utilizing Atomic Force Microscope, contact models play important role for determining critical force and time which constituent the first phase of this process. In current study, two contact stages in Nanomanipulation of gold cylindrical micro/nano particles are investigated. First stage is the contact of micro/nanoparticles and substrate and the second one is the contact between cantilever tip and micro/nanoparticles. For the first stage, five significant contact models including Hertz, Lundeberg, Dawson, Nikpour and Heoprich have been used. Also in the second stage, contact models of Hertz and JKR have been applied. Dawson model predicts maximum and Nikpour model predicts the least amounts of deformation and penetration depth for the contact of the first stage of deformation between substrate and gold cylindrical micro/nanoparticles. Also the deformation between cylindrical particles and spherical tip apex has the minimum amount in Hertz model and the highest amount of deformation and penetration depth have been showed in JKR model due to regarding adhesion forces. Generally, the results indicate increasing the angle of tip apex along the z axis leads to decrease of penetration depth and the amount of deformation between particles and substrate which Lundeberg model has been demonstrated the least amount and Nikpour model has been showed the highest amount of decrease.
    Keywords: 3D manipulation, Micro, nano scale contact models, Atomic Force Microscope, Contact area deformation, Angular effect
  • Shervin Esfandiari Mazandaran, Ehsan Shakouri, Shahram Etemadi Haghighi Pages 44-55
    Due to the need of some industries for the direct bonding of metal and composite layers to each other and its special applications in the industry, this paper examines the solution for adhesive bonding between steel and carbon-phenolic composite. Since this composite layer does not inherently have a good adhesion to the steel surface, steel substrate surface preparation is inevitable in order to create a resistant bonding. In this research, for the preparation of steel surfaces, the knurling process with four types of knurl wheels with different geometries and pitches was used and then, by applying the adhesion tensile test, the strength of adhesive bonding of the composite layer to their surface was investigated. The results showed that in about 50% of all samples, the knurling operation was able to increase the adhesive bond strength compared to the sample with smooth metal surface. In Comparison of adhesive bond strength for two cross and straight knurl patterns, the tensile bond strength created by straight knurl shape was reported about 5 times greater than the cross knurl shape in the case of equal tensile and at pitch equal 0.6 mm. Also, the highest value for adhesive bond strength was reported in 12.62 MPa for preparated surface by using of straight knurl shape at pitch equal 0.6 mm which increased by 76% compared to machined smooth surface.
    Keywords: adhesive bonding, surface treatment, Carbon-phenolic composite, Knurling
  • Rashid Tohidi Manesh, Mehdi Ghobeiti Hasab *, Ali Heidary Moghadam Pages 56-63
    In this research, the surface of aluminum 7075-T6 was reinforced by pumice micro and nanoparticles using the friction stir process (FSP). First, optimum parameters of pass number (1 & 4 pass), travel speed (40 & 80 mm/min) and tool rotation rate (800 & 1200 rpm) considering the microstructure, hardness and resistance to wear were selected. Results showed that with increasing the pass number, decreasing the travel speed and increasing the tool rotation rate, the grain size in stirred zone (according to the microscopy images) decreased, while the hardness (according to the Vickers micro-hardness test results) and resistance to wear (according to the pin on disk test results) increased. Under conditions of single pass, travel speed of 80 mm/min and tool rotation rate of 800 rpm, average grain size in stirred zone was 10 micron; while under conditions of four passes, travel speed of 40 mm/min and tool rotation rate of 1200 rpm it was reduced to 5 micron that led to an increase in average micro-hardness from 80.2 to 94.6 Vickers and a decrease in wear amount from 33 to 27 mg after a sliding distance of 1000 m. By addition of pumice micro and nanoparticles, average micro-hardness was increased to 99.6 and 107.8 Vickers and wear amount was decreased to 24 and 20 mg, respectively.
    Keywords: Friction Stir Process, Aluminum 7075, Pumice particles, Hardness, Resistance to wear