فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال هفتم شماره 9 (آذر 1399)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هفتم شماره 9 (آذر 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/09/11
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید حسن بطحائی، معین طاهری* صفحات 1-9

    منیپولیشن نانو ذرات یک فرآیند از شاخه نانوتکنولوژی است، که برمبنای میکروسکوپ نیروی اتمی انجام می شود. امروزه به دلیل اهمیت بسیار بالای رونق صنعت و ساخت وتولید تجهیزات، ماشین آلات و ابزار در ریز مقیاس، منیپولیشن نانو/میکرو ذرات بیش از پیش مورد توجه و استفاده ی صنعتگران است. در فاز اول این فرآیند نیرو و زمان بحرانی، پایه ای ترین عوامل خروجی محسوب می شوند. دو دسته از فاکتورها شامل محیطی و ابعادی در تعیین میزان آن ها سرنوشت ساز می باشند. در این مقاله با استفاده از مدل مکانیک تماس دی ام تی به همراه روش آنالیز حساسیت سوبل به بررسی میزان اثرگذاری کمی و کیفی فاکتورهای ورودی محیطی و ابعادی شامل هفت پارامتر ورودی شعاع سوزن، ضریب پواسون سوزن، مدول الاستیسیته سوزن، ارتفاع سوزن، طول تیرک، ضخامت تیرک و عرض تیرک بر روی چهار خروجی نیروی بحرانی بین سوزن و ذره، زمان بحرانی بین سوزن و ذره، نیروی بحرانی بین ذره و صفحه مبنا و زمان بحرانی بین ذره و صفحه مبنا پرداخته شده است. نوع رابطه ی کیفی به صورت مستقیم یا معکوس بودن هریک از پارامترها و میزان واریانس هر یک بر روی عوامل خروجی به دست آمده است. در اثرگذاری کمی بیشترین تاثیرگذاری هر پارامتر به تفکیک محاسبه شده است. ضخامت تیرک اثرگذارترین پارامتر ورودی بر روی نیروی بحرانی ذره-سوزن و ذره-صفحه مبنا با میزان 75% و 66% بوده است. برای زمان بحرانی ذره-سوزن شعاع سوزن با 46% اثرگذارترین پارامتر ورودی بوده است، اما ضخامت تیرک نیز بیش ترین تاثیر را بر روی زمان بحرانی ذره-صفحه مبنا با مقدار81% داشته است.

    کلیدواژگان: فرآیند نانومنیپولیشن، میکروسکوپ نیروی اتمی، مدل مکانیک تماس، آنالیز حساسیت، روش سوبل
  • مرتضی غفارپور، حسن مسلمی نائینی*، داود اکبری صفحات 10-24

    در این مقاله، اثر شکل لبه اتصال روی ایجاد و گرادیان دمایی فلز جوش در لوله های درز دار مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی، کاهش حرارت ایجاد شده در فلز جوش با تغییر شکل لبه اتصال و کاهش گرادیان دمایی در راستای ضخامت است. شکل لبه اتصال های مختلفی برای دستیابی به شکل لبه اتصال مناسب به صورت تجربی و عددی با استفاده از نرم افزار کامسول مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت، برای بررسی خواص مکانیکی مانند استحکام نهایی و ازدیاد طول فلز جوش، از آزمون های تجربی مخرب و غیر مخرب استفاده شده است. همچنین، ارزیابی خواص متالورژیکی مانند مرز دانه ها و گسترش منطقه متاثر از حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که با تغییر لبه اتصال، دمای ایجاد شده 19 درصد و گرادیان دمایی در فلز جوش کاهش می یابد. به دنباله آن مرز دانه ها افزایش یافته و پروفیل فلز جوش مستطیلی شکل را منتج می شود. استحکام کششی نهایی 5 درصد افزایش می یابد اما تغییر چندانی در ازدیاد طول مشاهده نمی گردد.

    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی سرد، جوشکاری القایی فرکانس بالا، گرادیان دمایی، شکل لبه اتصال
  • سجاد ابراهیم زاده، حسین جعفرزاده* صفحات 25-41

    در تحقیق حاضر، فرایند اکستروژن شعاعی-مستقیم-غیرمستقیم یک قطعه اتصالی فنجانی شکل از جنس آلیاژ منیزیم AM60 مورد مطالعه قرار گرفته است. در بخش اول مطالعات تجربی، نمونه های استوانه ای توپر اولیه منیزیم AM60 آماده سازی شده و در مجموعه قالب ساخته شده قرار گرفت و توسط سنبه ای از بالا به داخل مجموعه قالب فشره شد. در گام بعدی، نمونه های اکسترود شده جهت مطالعات تغییرات ریزساختاری و مکانیکی آماده سازی گردید. مشاهدات میکروسکوپی نشان داد که در انتهای فرایند بیشترین تغییرات اندازه دانه از مقدار ~75μm اولیه به مقدار ~7μm در نمونه های اکسترود شده اتفاق افتاد. همچنین بیشترین مقدار میکروسختی ویکرز نیز در همان منطقه از مقدار اولیه ~56Hv به مقدار ~88Hv افزایش یافت. نتایج حاصل از آزمون کشش تک محوری نشان داد که استحکام تسلیم و حداکثر نمونه های اکسترود شده از مقادیر اولیه به ترتیب ~93MPa و ~230MPa به ~142.6MPa و ~290.3MPa افزایش یافت. تحول بافت کریستالی، کاهش اندازه دانه و خرد شدن فازهای یوتکتیک در آلیاژ AM60 از دلایل عمده افزایش انعطاف پذیری نمونه های اکسترود شده از 10% به 13.4% می باشد. در ادامه و جهت مطالعه بیشتر فرایند، روش شبیه سازی عددی ماکرو و میکرومکانیک توسط مدلسازی اتومات سلولی جهت پیش بینی تحول ریزساختار بکار گرفته شد. نتایج حاصله از مشاهدات ریزساختاری از روش شبیه سازی مطابقت خوبی با مشاهدات تجربی داشت. در انتها، تاثیر پارامترهای موثری مانند ضریب اصطکاک، ضخامت گپهای شعاعی و کناری و شعاع گوشه قالب بر تغییرات مقادیر سختی، اندازه دانه و نیروی حداکثر شکل دهی بررسی گردید.

    کلیدواژگان: اکستروژن شعاعی- مستقیم- غیرمستقیم، منیزیمAM60، شبیه سازی اجزای محدود، اتومات سلولی
  • سید محسن موسوی کانی، میلاد صادق یزدی*، محمدهادی حسین زاده صفحات 42-51

    مدل سازی با رسوب مذاب یکی از روش های پیشرفته ساخت افزایشی است که امکان تولید قطعات پیچیده هندسی از مواد ترموپلاستیک را فراهم می کند. استفاده از فرآیند مدل سازی با رسوب مذاب در تولید قطعات کامپوزیتی، زمان چرخه تولید را کوتاه کرده و هزینه های ساخت را کاهش می دهد. از آنجا که خواص قطعات تولید شده به کمک مدل سازی با رسوب مذاب به طور مشخص به پارامترهای فرآیند وابسته است، مطالعه و بررسی پارامترهای فرآیند و اثرات متفاوت آن ها بر خواص قطعات ساخته شده از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در پژوهش حاضر اثر پارامترهای تراکم پرشدن و الگوی چاپ بر روی خواص خمشی، نسبت استحکام خمشی به وزن و نسبت استحکام خمشی به زمان قطعات تولید شده به کمک مدل سازی با رسوب مذاب مورد مطالعه قرار گرفته است. ماده ی مورد بررسی در این مطالعه کامپوزیت پلی لاکتیک اسید تقویت شده با الیاف کوتاه کربن است. نتایج نشان داد که تراکم پرشدن نسبت به الگوی چاپ اثرگذاری بیشتری بر روی استحکام خمشی، وزن و زمان ساخت قطعات دارد. این در حالی است که با در نظر گرفتن نسبت استحکام خمشی به وزن که مولفه ی مهم تری در ساخت قطعات کامپوزیتی است به عنوان خروجی مطلوب، الگوی چاپ نقش مهم تری را نسبت به تراکم پرشدن ایفاء می نماید.

    کلیدواژگان: چاپ سه بعدی، مدل سازی با رسوب مذاب، کامپوزیت، پلی لاکتیک اسید، الیاف کربن
  • مریم یوسفی، حمید دوست محمدی* صفحات 52-64

    کامپوزیت گرادیان تابعی Al/Al-Cu-Cr درجا با روش ریخته گری گریز از مرکز افقی ساخته شد و اثر سرعت دوران قالب بر ریز ساختار و سختی کامپوزیت های حاصل مورد بررسی قرار گرفت. ارزیابی ریزساختار و شناسایی فازهای حاصل با استفاده از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به طیف سنجی پراش پرتو ایکس (EDS) انجام شد. نتایج نشان داد که ریزساختار کامپوزیت Al/Al-Cu-Cr درجا از چهار فاز α-Al، Al2Cu، θCr(Al7Cr) و ζ-Al-Cr-Cu تشکیل شده است. نیروی گریز از مرکز اعمالی سبب جدایش و حرکت ذرات بین فلزی حاوی کروم θCr(Al7Cr) و ζ-Al-Cr-Cu به سمت منطقه خارجی کامپوزیت ها و ایجاد توزیع گرادیانی کاهشی به سمت ناحیه میانی گردید. ذرات بین فلزی Al2Cu به سمت منطقه داخلی نمونه ها حرکت کرده و بطور یکنواخت از ناحیه داخلی تا ناحیه مرزی توزیع شدند. با افزایش سرعت دوران قالب، میزان جدایش مشاهده شده افزایش یافت به طوری که بیشینه مقدار ذرات بین فلزی در منطقه خارجی از 17 درصد در سرعت دوران 600 دور در دقیقه به 36 درصد در سرعت دوران 1800 دور در دقیقه افزایش یافت. نتایج سختی نشان داد که کامپوزیت Al/Al-Cu-Cr دارای سختی بالاتری نسبت به کامپوزیت Al/Al-Cr ساخته شده در شرایط یکسان است. به طوری که یک افزایش 80 درصدی سختی برای کامپوزیت Al/Al-Cu-Cr نسبت به کامپوزیت Al/Al-Cr در منطقه خارجی مشاهده گردید. با افزایش سرعت دوران از 600 تا 1800 دور در دقیقه مقدار بیشینه سختی که مربوط به منطقه خارجی است از مقدار 51 به 76 برینل افزایش یافت.

    کلیدواژگان: کامپوزیت گرادیان تابعی، ریخته گری گریز از مرکز، سختی، ترکیب بین فلزی سه تایی
  • بهزاد رضایی، احسان کرمانی، فرید بی نیازان، سعید اجلالی، حمید سلیمانی مهر* صفحات 65-71

    هدف از این تحقیق، تشکیل پوشش الکترولس نانوکامپوزیتی Ni-P-SiO2-MoS2 و تاثیر نانوذرات SiO2 و MoS2 بر ریزساختار و مقاومت به سایش پوشش می باشد. بدین منظور، ابتدا نمونه هایی از ورق فولادیMO40 تهیه و آماده سازی شدند و در حمام پوشش دهی الکترولس نیکل-فسفر حاوی 7 g/l ذرات تقویت کننده سیلیس و دی سولفیدمولیبدن در دمای 90°C و مقدار6.4 pH به مدت 60 دقیقه پوششدهی شدند. سپس آزمون سایش پین روی صفحه مدور، برای ارزیابی مقاومت به سایش نمونه های پوشش دهی شده و بدون پوشش صورت پذیرفت. در انتها، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM) و طیف سنجی پراش انرژی پرتوایکس (EDS) به ترتیب جهت بررسی ریزساختار پوشش و عناصر موجود در آن آماده و مشاهده شدند. نتایج ریزساختاری نشان دادند که پوشش یکنواختی از نانوکامپوزیت مورد نظر روی زیر لایه ایجاد شده است. همچنین نتایج آزمون سایش نشان داد که مکانیزم های سایش خراشان و چسبان در نمونه های بدون پوشش فعال هستند اما با بهره گیری از نانوذرات SiO2 و MoS2 در پوشش مکانیزم لغزش فعال میشود و با کاهش ضریب اصطکاک، مقاومت به سایش به میزان 79.3 %افزایش می یابد و منجر به بهبود رفتار تریبولوژیکی نمونه می شود.

    کلیدواژگان: پوشش الکترولس، نانو کامپوزیت، مقاومت به سایش، ریزساختار
|
  • Seyed Hasan Bathaee, Moiein Taheri * Pages 1-9

    Nanoparticle manipulation is a process from the branch of nanotechnology, which is performed on the basis of atomic force microscopy. Today, due to the high importance of industry prosperity and the production of fine-scale equipment, machinery and tools, nanoparticle / micro-particle manipulation is increasingly being used by artisans. In the first phase of this process, the critical force and time are the most basic output factors. Two types of factors include environmental and dimensional factors in determining their fate. In this paper, quantitative and qualitative effects of environmental and dimensional input factors including seven tip radius input, Poisson tip coefficient, tip modulus of elasticity, cantilever height, cantileverlength, cantilever height, cantileverheight And the width of the pole on the four outputs of the critical force between the tip and the particle, the critical time between the tip and the particle, the critical force between the particle and the base plate, and the critical time between the particle and the base plate. The type of qualitative relationship is obtained by either directly or inverting each of the parameters and the amount of variance on the output factors. In quantitative effect, the maximum effect of each parameter is calculated separately. The thickness of the cantilever was the most effective input parameter on the particle-tip and particle-plate critical forces with 75% and 66%, respectively. For critical particle-tip time, the tip radius was the most effective input parameter with 46%, but the cantileverthickness had the most influence on the particle-plate critical time of 81%

    Keywords: NanoManipulation Process, Atomic Force Microscope, Contact Mechanics Model, Sensitivity analysis, Sobol Method
  • Morteza Ghaffarpour, Davod Akbari Pages 10-24

    This paper has focused on the joint type effect on the creation and gradient temperature of weld metal in the welded pipe. The main purpose is to reduce the heat generated in the weld metal and the temperature gradient in the pipe thickness direction, by joint type Changes. To obtain a suitable joint type, different joint types have been studied experimentally and numerically by Comsol software. By using destructive and non-destructive tests, the mechanical properties, such as the ultimate tensile strength and the elongation of the weld metal, have been investigated. Evaluation of the metallurgical properties, for instance, the grain boundary and the enlargement of the heat affected zone, has also been examined. The results show that changing the joint type reduces the generated temperature 19% and the temperature gradient in the weld metal. Follow it, the grain boundaries increase and a rectangular weld metal profile is created. Increases the ultimate tensile strength 5% but not obvious change in elongation.increases the ultimate tensile strength by 5%.

    Keywords: Cold roll-forming, High frequency induction welding, Temperature gradient, joint type
  • Sajjad Ebrahimzadeh, Hossein Jafarzadeh * Pages 25-41

    In this study the radial-forwad-backward extrusion of axially joint cup shaped AM60 magnesium alloy part is investigatd. In the experimental tests, the cylindrical AM60 alloy samples were prepaed and pressed by a punch into the die cavity. In the next step, the initial and extruded samples were investigated in terms of microstructural evolution and mechanical poperties variation. The microscopic observations showed the significant grain refinement of AM60 is occurred at the end of extrusion proessingwhere the fine grains in size of ~7μm are obtained from the initial value of ~75μm. Also, the Vickers microhardness is increased to 88Hv from the initial value of 56 Hv. The obtained results of uni-axial tensile tests showed the increase in yield and ultimate tensile strength to 142.6 and 290.3 from the initial value of 93 and 230MPa, respectively. The extruded sample elongation is incresead to 13.4% from 10% due to texture evolution, grain refinement and breakage of brittle eutectic phases. The macro and micromechancal based cellular automaton (CA) finite element method were implemented to simulate the process to predict the microstructure evolution of AM60 during extrusion processing. The cellular automaton finite element(CAFÉ) and experimentally obtained results were in good agreement. The effect of some important parameters including friction coefficient, gap thickness and height and die corner radius are studied on the variation of maximum forming load, microhardness values and grain size.

    Keywords: Radial-forward-backward extrusion, AM60 magnesium alloy, FEM, Cellular Automaton (CA)
  • Seyyed Mohsen Mousavi Kani, Milad Sadegh Yazdi *, Mohammad Hadi Hosseinzadeh Pages 42-51

    Fused Deposition Modeling (FDM) is one of the advanced Additive Manufacturing (AM) techniques that enables the production of complex geometric components from thermoplastic materials. The use of the FDM process in the production of composite parts reduces the production cycle time and manufacturing costs. Since the properties of components fabricated by this method depend on the process parameters, investigating of process parameters and their various effects on the properties of manufactured parts are so necessary. In the present study, the effect of two process parameters including printing pattern and infill density on flexural properties, flexural strength-to-weight, and flexural strength-to-time ratios of FDM fabricated parts have been studied. The investigation is carried out on carbon fiber reinforced Polylactic acid (SCF/PLA) composite. The results indicated that the infill density compared to the printing pattern had a more significant effect on the flexural strength, weight, and build time of fabricated parts. However, considering the flexural strength-to-weight ratio, which is an important factor in the production of the composite parts as a desirable output, the printing pattern plays a more important role than the infill density.

    Keywords: 3D Printing, FDM, PLA, short carbon fiber composite
  • Maryam Yousefi, Hamid Doostmohammadi * Pages 52-64

    The functional graded Al/Al-Cu-Cr composite was developed by horizontal centrifugal casting method and the effect of mold speed on the microstructure and hardness was investigated. The microstructure assessment and identification of the resulting phases was performed using X-ray diffraction analysis (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) equipped with an Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS). The results showed that ternary in-situ Al/Al-Cu-Cr composite microstructure was consisted of four phases α-Al, Al2Cu, θCr(Al7Cr) and ζ-Al-Cr-Cu. The centrifugal force caused the separation and movement of the intermetallic particles containing chromium (θCr(Al7Cr) and ζ-Al-Cr-Cu) toward the outer region of the composites with a decreasing trend to the middle region. The Al2Cu particles distributed toward the inner region of the specimens and were evenly distributed from the inner region to the middle region. As the mold rotation speed increased, the observed separation gradient increased so that the maximum area fraction of intermetallic particles in the outer region increased from 17% at 600 rpm to 36% at 1800 rpm. The results showed that the in-situ Al/Al-Cu-Cr composite has a higher hardness than the binary Al/Al-Cr composite at the same conditions. So that an increment of 80 percent in hardness was observed for the Al/Al-Cu-Cr composite compared to the Al/Al-Cr composite in their outermost region. As the rotational speed increased from 600 to 1800 rpm, the maximum amount of hardness which was associated with the outermost region of the centrifugally cast Al/Al-Cu-Cr composite increased from 51 to 76 Brinell.

    Keywords: Functionally graded composite, centrifugal casting, Hardness, Ternary intermetallic compound
  • B. Rezaee, E. Kermani, Farid Biniyazan, S. Ejlali, Hamid Soleimanimehr * Pages 65-71

    In this research, electroless nanocomposite coating of Ni-P-SiO2-MoS2 and effect of SiO2 and MoS2 nanoparticles on microstructure and wear resistance of coating were investigated. First of all, samples from MO40 (AISI 4140) steel sheet were prepared and coated in Nickel-Phosphorous electroless bath containing 7 g/l SiO2 and MoS2 particles in 90°C and 6.4 pH for 60 minutes. Then, pin on disk wear test was performed to evaluate the wear resistance of the coated and uncoated samples. Several experiments used to explore tribological features of deposited electroless coatings. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) images were taken to investigate coating microstructure and its elements, respectively. Microstructural results showed that a uniform coating on substrate was successfully composed. Also, several mechanisms observed during the abrasion process. Abrasive and adhesive mechanisms were active in uncoated samples, but by applying SiO2 and MoS2 nanoparticles, the sliding mechanism was activated. Furthermore, with decreasing friction coefficient, wear resistance increased by 79.3% and also the tribological properties of the sample improved.

    Keywords: Electroless coating, Nanocomposite, Wear resistance, Microstructure