فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال هشتم شماره 2 (اردیبهشت 1400)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هشتم شماره 2 (اردیبهشت 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/04/03
  • تعداد عناوین: 6
|
  • فرزاد برومند قهنویه، سید محمدحسین سیدکاشی*، محمدحسین پل صفحات 1-10

    اضافه شدن ذرات نانو به ورق چندلایه، باعث بهبود هر چه بیشتر خواص و کارایی این چندلایه ها می شود. در این پژوهش، فرایند تغییر شکل در ورق های چندلایه فلز-نانوکامپوزیت شامل زمینه پلی پروپیلن تقویت شده با ذرات نانو رس و الیاف شیشه به عنوان لایه هسته و آلومینیوم 1050 آنیل شده به عنوان لایه های پوسته، با استفاده از آزمایش های تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، اثر درصدهای وزنی مختلف ذرات نانو رس نسبت به فاز زمینه شامل 1، 3، 5 و 7 درصد وزنی بر مقادیر عمق کشش و نیروی بیشینه تغییر شکل در فرایند شکل دهی پرسی اندازه گیری شده است. به منظور تعیین اثر اضافه شدن ذرات نانو رس، نتایج حاصل از تغییر شکل ورق های چندلایه فلز/نانوکامپوزیت با ورق چندلایه فلز/کامپوزیت شامل فاز زمینه پلی پروپیلن خالص تقویت شده با الیاف شیشه بدون ذرات نانو رس مقایسه شده است. نتایج حاصل نشان دهنده قابلیت اجرای فرایند پرس کاری در ورق های چندلایه فلز/نانوکامپوزیت می باشد. همچنین مشاهده شد که به طورکلی با اضافه شدن درصدهای مختلف ذرات نانو رس، پارامترهای کشش شامل نیروی بیشینه و عمق کشش تغییر یافته است. همچنین مکانیزم های آسیب غالب در تمامی نمونه ها، ترک خوردگی لایه ها و جدایش بین لایه ها می باشد. اضافه شدن ذرات نانو رس تاثیری بر اصول مکانیزم شکست در فرایند شکل دهی پرسی ورق های چندلایه فلز/کامپوزیت ندارد و تنها بر مقادیر پارامترهای فرایند کشش تاثیرگذار می باشد.

    کلیدواژگان: ورق چندلایه فلز، نانوکامپوزیت، ذرات نانو رس، مکانیزم تغییر شکل، فرایند پرس کاری
  • علیرضا جمی، محمدرضا خوشروان آذر، مجتبی یزدانی* صفحات 11-22
    در جوشکاری قوس الکتریکی، حرارت ناشی از قوس، باعث ایجاد انبساط و انقباض غیر یکنواخت در جوش و مناطق اطراف آن می شود. انبساط و انقباض غیر یکنواخت و تغییر شکل پلاستیک حاصل از آن، منبع اصلی ایجاد اعوجاج و تنش پسماند در سازه های جوشی است. توزیع تنش های پسماند در یک اتصال جوشی، به عواملی چون حرارت ورودی، سرعت جوشکاری قوسی، خواص مواد، پیش گرمایش، ضخامت قطعه، هندسه شیار و زمانبندی اجرایی جوش بستگی دارد. در این پژوهش یک اتصال سربهسر به وسیله جوشکاری نفوذی با روش های تجربی و شبیهسازی المان محدود مورد بررسی قرار گرفته است. اندازه گیری تنش های پسماند به روش سوراخ کاری مرکزی بوده و از نتایج آن برای راستی آزمایی مدل المان محدود توسعه داده شده، استفاده شده است. در مدل المان محدود ایجاد شده از حالت غیرکوپل حرارتی- مکانیکی استفاده گردیده و روش تولد و مرگ المان ها در شبیه سازی مواد پرکننده مورد نظر قرار گرفته است. در شبیه سازی انجام شده فرآیند استحاله فازی در نظر گرفته شده و به کمک فیلر LTT معرفی شده، تنش های پسماند در جوش تک پاسه 15٪ کاهش و در جوش دو پاسه 17٪ کاهش در تنش های پسماند کششی را نشان می دهند. با بررسی تاثیر ترتیب و ترکیب پاس ها و نوع فیلرهای جوشکاری، مشخص گردید ترکیب الکترود LTT با الکترود 6010 نتایج مطلوب تری را برای تنش های پسماند ارایه می دهد. در خصوص تاثیر تغییر ضخامت در مقطع نمونه ها خروجی نتایج تحلیل عددی، تغییرات محسوسی را نشان نمی دهد.
    کلیدواژگان: جوشکاری نفوذی، المان محدود، تنش های پسماند، LTT
  • فاطمه فریدونی، معین طاهری*، مهدی مدبری فر صفحات 23-31
    منیپولیشن و جابه جایی میکرو/نانوذرات امروزه اهمیت بالایی در ساخت و تولید تجهیزات ریزمقیاس پیدا کرده است. فرآیند نانومنیپولیشن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، در دو فاز انجام می پذیرد. فاز نخست تا قبل از شروع به حرکت ذرات هدف را شامل می شود و هدف از آن استخراج نیرو و زمان بحرانی آغاز به حرکت میکرو/نانوذرات می باشد. در فاز دوم نیز حرکت ذرات از آغاز در مبدا تا رسیدن به مقصد مورد بررسی قرار می گیرد. مدل سازی، شبیه سازی و بررسی پارامترهای موثر بر این فاز از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله به بررسی اثرات هشت پارامتر شامل شعاع ذره، شعاع سوزن، ارتفاع سوزن، طول تیرک، عرض تیرک، طول ذره، ضریب پواسون و مدول الاستیسیته بر نیرو، در فاز دوم منیپولیشن پرداخته شده است. برای این منظور در این مقاله از روش آنالیز حساسیت آماری ای-فست استفاده شده است. نتایج به دست آمده بیانگر این موضوع است که ارتفاع سوزن با 48 درصد، عرض تیرک با 19 درصد، مدول الاستیسیته با 14 درصد و طول تیرک با 8 درصد، بیشترین اثر را بر تغییرات نیرو در فاز دوم منیپولیشن خواهند داشت. در حالی که مطابق نتایج به دست آمده، می توان از اثرات ناچیز ناشی از تغییرات شعاع ذره، شعاع سوزن، ضریب پواسون سوزن و طول استوانه ای میکرو/نانوذرات هدف چشم پوشی نمود.
    کلیدواژگان: نانومنیپولیشن دو بعدی، ای -فست، میکروسکوپ نیروی اتمی، فاز دوم
  • علی حسن آبادی* صفحات 32-40
    طراحی و بهینه سازی ریزساختار مواد به نحوی که بتواند به طور هم زمان چندین ویژگی را دارا باشد از زمینه های مورد توجه پژوهشگران در طراحی مواد ناهمگن می باشد. در این پژوهش روشی جدید برای طراحی ریزساختار مواد به منظور دستیابی به خواص دلخواه با استفاده از روش تقریب زنی سطوح به کمک پینه ی چندضلعی ارایه شده است. در پینه ی چندضلعی بر مبنای منحنی های مرزی، رویه ی متصل به این منحنی ها تقریب زده می شود. به این منظور ابتدا منحنی های مرزی مورد استفاده برای ایجاد پینه، تعیین شده و سپس رویه متصل کننده این منحنی ها با استفاده از رابطه ی پینه های چندضلعی، ارایه شده است. در ادامه پینه ی ایجاد شده، برای ساخت یک سلول دو فازی، که متناوبا ساختار را ایجاد خواهد کرد، مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به انعطاف پذیری منحنی های مرزی، ساختارهای متنوعی با درصد حجمی های مختلف ساخته شده و به عنوان نمونه، بر اساس ضریب هدایت حرارتی موثر، مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان می دهد که روش ارایه شده به خوبی قادر است ساختارهایی با نسبت دلخواه برای ضریب هدایت حرارتی، هدایت الکتریکی و ضریب نفوذ دو فاز ارایه نماید.
    کلیدواژگان: طراحی ریزساختار، پینه چندضلعی، رویه مینیمال، ضریب هدایت حرارتی موثر، مواد ناهمگن
  • وحید پویافر*، رامین مشک آبادی صفحات 41-51
    ترمکس یا خود تمپرینگ یک فرایند ترمومکانیکی است که به صورت یک عملیات درون خطی در واحدهای نورد به کار گرفته می شود. با استفاده از این فرایند، استحکام تسلیم میلگردهای ساختمانی به حداقل 500 MPa می رسد. با توجه به اهمیت استفاده از میلگرد با استحکام بالا، در تحقیق حاضر به بررسی و تعیین پارامترهای فرآیندی موثر بر خواص مکانیکی محصول در تولید میلگرد آجدار با استفاده از تست های تجربی پرداخته شده است. با در نظر گرفتن چهار فاکتور موثر شامل دبی آب، فشار ترمکس، سرعت نورد و دماهای مختلف کوره، تست های کشش استاندارد بر روی نمونه های مختلفی از میلگرد آجدار انجام پذیرفت. با استفاده از متد تاگوچی آزمایش های مختلف طراحی گردید و سپس تاثیر پارامترهای مختلف بر خواص مکانیکی میلگردها (استحکام تسلیم، استحکام نهایی و شکل پذیری) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج تحلیل آماری شامل نسبت سیگنال به نویز و آنالیز واریانس نشان می دهند که تمام پارامترهای مورد بررسی به طور موثری بر خواص مکانیکی محصول تاثیرگذار هستند. بر اساس نتایج به دست آمده مقادیر بهینه پارامترها برای رسیدن به شرایط مطلوبی از استحکام و شکل پذیری تعیین گردیدند.
    کلیدواژگان: ترمکس، میلگرد آج دار، خواص مکانیکی، روش تاگوچی
  • سید محمد ابراهیمی، محمدجعفر حداد*، علیرضا آرایی، سید حمید ابراهیمی صفحات 52-64

    فولاد AISI630 یک فولاد زنگ نزن است که با مکانیزم پیر سختی، استحکام آن افزایش می یابد. این فولاد دارای سختی بالا و ضریب هدایت حرارتی پایین است و به این دلیل در دسته مواد سخت-برش قرار می گیرد. این دو عامل سبب شده که سایش ابزار در فرآیند ماشین کاری این فولاد زیاد باشد و کیفیت سطح قطعه کار پس از ماشین کاری نامطلوب باشد. در این تحقیق فرآیند تراشکاری داغ این فولاد مورد بررسی قرار گرفت. برای تعیین تاثیر پارامترهای ماشینکاری بر سایش ابزار، فرآیند تراشکاری داغ تا دمای پیشگرم ºC 400 بر روی این فولاد انجام شد. تراشکاری در سه نرخ پیشروی و سه سطح از سرعت برشی و با استفاده از ابزار کاربایدی با دو لایه پوشش PVD- (Ti, Al) N/(Al, Cr) 2O3 انجام شد. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی مقدار سایش سطح آزاد ابزار در شرایط مختلف تراشکاری و در دماهای پیشگرم مختلف اندازه گیری شد و مکانیزم سایش ابزار بررسی شد. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که کمترین سایش در سطح آزاد ابزار با انجام تراشکاری داغ در دمای ºC 300 حاصل شده است. بطوریکه تراشکاری داغ در این دما سبب کاهش 33 درصدی در سایش سطح آزاد ابزار شد. مشاهده سطح ساییده شده ابزارها نشان داد که مکانیسم سایش ابزار در تراشکاری داغ و تراشکاری معمولی این فولاد از نوع سایش خراشان و سایش چسبنده است. نتایج زبری سنجی از سطح قطعه کار نیز نشان داد که در هر سرعت برشی و پیشروی، با افزایش دمای اولیه قطعه کار تا ºC 400، زبری سطح کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: فولاد AISI630، تراشکاری داغ، سایش ابزار، زبری سطح
|
  • Farzad Boroumand, S. M. Hossein Seyedkashi *, MohammadHossein Pol Pages 1-10

    The addition of nanoparticles to the multilayer sheets improves the properties and performance of these laminates. In this research, the deformation process in metal-nanocomposite laminates including polypropylene matrix reinforced with nanoclay and glass fibers as core layer and annealed aluminum 1050A as the skin layer has been investigated using experimental method. In this regard, the effect of different weight percentages of nanoclay relative to the base phase, including 1, 3, 5 and 7 wt% on the values of drawing depth and maximum drawing force in the stamping process has been measured. In order to determine the effects of adding nanoclay particles, the results of deformation of metal/nanocomposite laminates are compared with metal/composite laminate including pure polypropylene reinforced with glass fibers. The results show the ability to perform stamping process of metal/nanocomposite laminates. It was observed that in general, with the addition of different percentages of nanoclay particles, drawing parameters including the maximum drawing force and the drawing depth have changed. Also, the failure mechanisms in all samples are crack growth in layers and delamination of layers. Addition of nanoclay particles has no effect on the principle of failure mechanism in the stamping process of metal/composite laminates and only affects the values of the process parameters.

    Keywords: Metal-Nanocomposite Laminates, Nanoclay Particles, Deformation mechanism, Stamping Process
  • Alireza Jami, Mohammadreza Khoshravan Azar, Mojtaba Yazdani * Pages 11-22
    Uneven expansion and contraction and the resulting plastic deformation are the main source of residual distortion and stress in welded structures. The distribution of residual stresses in a welded joint depends on factors such as inlet heat, arc welding speed, material properties, preheating, part thickness, groove geometry and welding execution schedule. In this research, a head to head joint is investigated by penetration welding with experimental methods and finite element simulation. Residual stresses are measured by the central hole drilling method and by converting the obtained data into residual stresses, the obtained results are used to verify the developed finite element model. In the finite element model, the non-coupled thermal-mechanical mode is used and the method of birth and death of the elements is used in the simulation of filler materials. In the simulation, the phase transformation process is considered and with the help of LTT filler introduced, the residual stresses in the single-pass welding show a 15% reduction and in the two-pass welding show a 17% reduction in the tensile residual stresses. By examining the effect of the arrangement and composition of the passes and the type of welding fillers, it was found that the combination of LTT electrode with 6010 electrode provides more favorable results for residual stresses. Regarding the effect of thickness change in the cross section of the samples, the output of the results of both numerical analysis software does not show significant changes.
    Keywords: Penetration welding, Finite Element, Residual stresses, LTT
  • Fateme Fereiduni, Moein Taheri *, Mehdi Modabberifar Pages 23-31
    Manipulation and movement of micro / nanoparticles has become very important today in the manufacture and production of microscale equipment. The nanomanipulation process is performed in two phases using an atomic force microscope. The first phase involves the target particle before it begins to move, and its purpose is to extract the force and critical time for the micro / nanoparticles to start moving. In the second phase, the motion of the particles from the origin to the destination is examined. Modeling, simulation and investigation of parameters affecting this phase are of great importance. In this paper, the effects of eight parameters including particle radius, probe radius, probe height, cantilever length, cantilever width, particle length, Poisson's ratio and modulus of elasticity on force in the second phase of manipulation are investigated. For this purpose, in this paper, e-Fast statistical sensitivity analysis method has been used. The results show that the probe height with 48%, cantilever width with 19%, modulus of elasticity with 14% and cantilever length with 8%, will have the greatest effect on force changes in the second phase of manipulation. The resulting effects of changes in particle radius, probe radius, probe Poisson's ratio, and the length of the target micro / nanoparticle cylinders can be ignored.
    Keywords: 2D-Nanomanipulation, E -Fast, AFM, Second phase
  • Ali Hasanabadi * Pages 32-40
    Design and optimization of heterogeneous multifunctional microstructures is of great interest to researchers in the field of material design. In this research, a new method for designing the microstructure of materials in order to achieve the desired properties using the surface approximation method based on multisided patch is presented. In multisided patch, based on boundary curves, the surface connected to these curves is approximated. For this purpose, first the boundary curves used to create the patch are determined and then the surface connecting these curves using the relation of multisided patch is presented. The resulting patch is then used to build a two-phase cell, which will alternately create the structure. Due to the flexibility of boundary curves, it is possible to construct various structures with different volume fractions. These structures are compared and evaluated based on the effective thermal conductivity. The results show that the proposed method is well able to provide structures with the desired ratio for thermal and electrical conductivity as well as diffusion coefficient for two-phase structures.
    Keywords: Microstructure design, multisided patch, minimal surface, Effective thermal conductivity, heterogeneous materials
  • Vahid Pouyafar *, Ramin Meshkabadi Pages 41-51
    Thermex is a thermo-mechanical process which is used as an in-line operation after rolling process. By using this process, the yield strength of the rebar reaches to at least 500 MPa. Due to the importance of using high-strength rebars, in the present study, the influences of the process parameters on the rebar’s mechanical properties are investigated using experimental techniques. Considering four effective factors including water flow rate, Thermex pressure, rolling speed and different furnace temperatures, standard tensile tests were performed. The required experiments according to Taguchi method were designed and then the effect of mentioned parameters on the mechanical properties (yield strength, ultimate strength and ductility) of the rebar was studied. Statistical investigation includinf signal to noise (S/N) ratio and analysis of variance (ANOVA) showed that all the mentioned parameters have s significant influence on the mechanical properties. Based on the results, the optimal values of the parameters were determined to achieve optimal conditions of strength and ductility.
    Keywords: Thermex, Rebar, Mechanical properties, Taguchi method
  • Seyed Mohammad Ebrahimi, Mohammadjafar Hadad *, Alireza Araee, Seyed Hamid Ebrahimi Pages 52-64

    AISI630 is a stainless steel that is strengthened by precipitation-hardening mechanism. This steel has high hardness and low thermal conductivity, has made it one of the difficult-to-cut materials. These two factors have its machining is associated with high tool wear and poor workpiece surface quality. In this study, the conventional and hot turning of AISI630 hardened stainless steel have been investigated. To determine the effect of machining parameters on tool wear, a hot turning process up to a preheating temperature of 400°C was performed. Turning was conducted at three feed rates and three levels of cutting speed using PVD-(Ti,Al)N/(Al,Cr)2O3 coated carbide tools. Tool flank wear and wear mechanisms have been studied in different cutting conditions as well as different preheating temperatures using SEM microscope. Experimental results showed that the lowest wear on the free surface of the tool was obtained by hot turning at 300 °C. Hot turning at this temperature reduced the flank wear by 33%. Observation of the worn surface of the tools showed that the tool wear mechanism in hot turning and conventional turning is of the type of abrasive wear and adhesive wear.Moreover, at each cutting speed and feed, with increasing the workpiece initial temperature up to 400°C, the surface roughness decreases. The optimal values of temperature, cutting speed and feed rate were obtained using Minitab software with the aim of reducing tool wear and surface roughness.

    Keywords: AISI630 steel, hot turning, Tool Wear, Surface roughness