فهرست مطالب

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هشتم شماره 10 (دی 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/10/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • نفیسه مهدیار، سید وحید حسینی* صفحات 1-15
    نانو فروروندگی ابزاری ارزشمند برای تعیین خصوصیات مکانیکی لایه های نازک است. شبیه سازی دینامیک مولکولی یک روش موثر برای مطالعه ی آزمایش نانوفروروندگی است. در این مقاله، به منظور بررسی سختی فلزات مختلف، فرآیند نانو فروروندگی روی سه قطعه کار با جنس های نیکل، مس و آلومینیوم به کمک شبیه سازی دینامیک مولکولی مطالعه میشود. طبق منحنی های نیرو-جابجایی، نیکل و آلومینیوم به ترتیب بیشترین و کمترین نیرو را به ابزار اعمال میکنند. بر اساس منحنی سختی-جابجایی بدست آمده برای سه قطعه، آلومینیوم کمترین و نیکل بیشترین سختی را دارند. منحنی نیرو-جابجایی آلومینیوم و سختی-جابجایی نیکل با منحنی نیرو-جابجایی آلومینیوم و سختی-جابجایی نیکل تحقیقات گذشتگان تعیین اعتبار شد. نتایج شبیه سازی تغییر فاز اتم ها نشان داد که تغییر شکل در نیکل عمدتا به صورت پلاستیک و در آلومینیوم الاستیک-پلاستیک است. انباشتگی اتمی بعد از اتمام فرآیند روی سطح مس با نتایج تجربی و شبیه سازی المان محدودی تحقیق گذشتگان تعیین اعتبار شد. با شبیه سازی عیوب کریستالی در قطعات مشخص شد در عمق و بارگذاری یکسان، توزیع عیوب کریستالی در آلومینیوم علاوه بر ناحیه ی فروروندگی، در سطح قطعه و لایه های زیرین فرورفتگی هم وجود دارد در حالی پراکندگی عیوب در مس و نیکل کمتر است. حرکت نابجایی ها بعنوان عامل اصلی ایجاد لغزش و تغییر شکل در قطعات بررسی شد.
    کلیدواژگان: نانو فرو روندگی، دینامیک مولکولی، سختی، جنس قطعه
  • فرید وکیلی تهامی*، حامد حلیمی خسروشاهی، ابراهیم صفری صفحات 16-27
    در این پژوهش تاثیر استفاده از خواص حرارتی متغیر و همچنین ثابت نسبت به تغییرات دما، در دقت شبیه سازی عددی جوشکاری لیزری آلیاژ تیتانیوم Ti60، مورد مطالعه قرار گرفته است. یک مدل المان محدود از قطعه ورق آلیاژ Ti60 به ضخامت سه میلی متر ساخته شده و با استفاده از منبع حرارتی سه بعدی متحرک، تحت تاثیر پرتو لیزر قرار گرفته است. به منظور تایید صحت مدل سازی المان محدود، نتایج حاصل با نتایج داده های آزمایشگاهی مقایسه شده و همچنین تاثیر تعداد المان های مدل اجزای محدود نیز بر روی نتایج، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از مدل سازی اجزای محدود نشان دادند که انجماد از ناحیه زیرین قطعه ورق شروع می شود و به طرف بالای ورق و در راستای درز جوش، پیشروی می کند. همچنین، در حالت استفاده از خواص چگالی، ظرفیت حرارتی و ضریب هدایت متغیر با درجه حرارت، بهترین نتایج به دست می آید. استفاده از چگالی ثابت موجب کاهش کمی در مقادیر حداکثر درجه حرارت و ابعاد حوضچه جوش و استفاده از ظرفیت حرارتی ثابت موجب افزایش این مقادیر می شود ولی این تغییرات در حدی هستند (زیر 2%)، که می توان از چگالی و ظرفیت حرارتی ثابت در مدل سازی کل فرآیند جوشکاری لیزری، استفاده کرد. ولی استفاده از ضریب هدایت حرارتی ثابت خطای زیادی در مقادیر حداکثر درجه حرارت (حدود دو برابر در مقدار این پارامتر) و ابعاد حوضچه مذاب ایجاد می کند و نمی توان مقدار این پارامتر را در شبیه سازی جوشکاری لیزری، ثابت فرض کرد.
    کلیدواژگان: جوشکاری لیزری، اجزای محدود، حوضچه مذاب، آلیاژ تیتانیوم Ti60
  • محمدصابر اسداللهی، حمید سلیمانی مهر*، شهرام اعتمادی حقیقی صفحات 28-37

    از جمله محدودیت های ماشین کاری با لیزر ایجاد منطقه متاثر از حرارت به دلیل حرارت بالای اعمال شده به قطعه کار می باشد. همچنین در میکروماشین کاری با لیزر عدم کنترل دقیق پهنای برش ایجاد شده توسط لیزر باعث کاهش دقت ماشین کاری می گردد. برای جبران این موارد از ترکیب فرآیند لیزر و جت آب بدون ذرات ساینده استفاده شد. در فرآیند ترکیبی لیزر-جت آب، فشار آب به تخلیه ماده مذاب در مقطع برش کمک می کند، در نتیجه پهنای برش کاهش می یابد. همچنین جت آب سبب خنک کاری بهتر قطعه کار نسبت به حالت لیزر خشک می گردد و در نتیجه عمق منطقه متاثر از حرارت کم تر می شود. در این مقاله ابتدا یک نازل واترجت به قطر 0.4 میلی متر به ماشین لیزر فایبر با طول موج پیوسته 1080 نانومتر و با توان 1500 وات الحاق شد. سپس بر هم کنش پارامترهای سرعت برش، توان لیزر، فاصله کانونی و فشار جت آب بر روی HAZ و پهنای برش بررسی شد. بدین منظور از فولاد پرکربن CK75 استفاده شد. ملاحظه شد که با افزایش سرعت برش، عمق منطقه متاثر از حرارت و پهنای شیار کاهش یافته و با افزایش توان، هر دو پارامتر افزایش می یابند. همچنین با افزایش فشار جت آب عمق HAZ و پهنای برش کاهش یافت. در فاصله کانونی 3 میلی متر کم-ترین عمق HAZ و پهنای شیار به دست آمد. در بهترین حالت عمق HAZ، 57 میکرومتر و پهنای برش، 217 میکرومتر به دست آمد.

    کلیدواژگان: لیزر، واتر جت، ماشین کاری ترکیبی لیزر- جت آب، منطقه متاثر از حرارت، پهنای برش
  • مسعود رخش خورشید*، سید محمد حسینی صفحات 38-48
    شکل دهی تدریجی فرآیندی کاربردی جهت نمونه سازی سریع و ساخت قطعات ورقی در دسته های کوچک است. انجام فرایند در دماهای بالا، مطالعه بر روی توزیع ضخامت و بهبود حد شکل دهی نمونه هایی از پژوهش های انجام شده در این حیطه است. تلاشهایی نیز به منظور بهبود دقت هندسی قطعات تولید شده به روش شکل دهی تدریجی انجام شده است و شکل دهی دو نقطه ای و استفاده از فوم فلزی به عنوان تکیه گاه انعطاف پذیر پیشنهاد شده است. در تحقیق حاضر، استفاده از فوم پلیمری به عنوان تکیه گاه انعطاف پذیر برای بهبود شرایط شکل دهی تدریجی ورق های پلی اتیلن سنگین با ضخامت 2 میلی متر پیشنهاد شده است. عیوب چروکیدگی و پارگی بوجود آمده در شرایط مختلف انجام فرایند با سرعت های دورانی و سرعت های پیشروی متفاوت با انجام آزمایش های تجربی بررسی و با یکدیگر مقایسه شده اند. برای این کار از قطعاتی با زاویه دیواره متغیر استفاده شد. نتایج نشان دهنده بهبود شرایط شکل دهی با دستیابی به قطعات بدون عیب با زاویه دیواره بزرگتر است. دقت ابعادی قطعات تولید شده به کمک اسکنر سه بعدی بررسی شد. نتایج نشان دهنده بهبود دقت ابعادی قطعات تولید شده در شرایط استفاده از تکیه گاه انعطاف پذیر بود.
    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی، توزیع ضخامت، تکیه گاه انعطاف پذیر
  • فرامرز فرشته صنیعی، سعید یعقوبی*، صادق قربانحسینی صفحات 39-48

    هیدروفرمینگ یکی از جدیدترین روش های شکل دهی ورق های فلزی به شمار رفته که در دو دهه اخیر به طور گسترده ای در صنعت مورد توجه قرار گرفته است. در پژوهش حاضر، فرآیند هیدروفرمینگ ورق دو آلیاژ سبک آلومینیم 2024 و منیزیم AZ31B در دماهای بالا به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور بررسی کیفیت نمونه های تولید شده، کرنش ضخامتی به وجود آمده در نمونه های تغییر شکل یافته مطالعه گردیده است. در ادامه و با استفاده از سختی سنجی و تصاویر ریز ساختار به دست آمده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، ارتباط بین نحوه توزیع کرنش ضخامتی با اندازه دانه و میزان سختی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. به منظور تایید مقادیر تجربی به دست آمده، تکرارپذیری نتایج آزمایشگاهی انجام گردید. نتایج پژوهش نشان داد که دمای مناسب جهت فرآیند شکل دهی نمونه های آلومینیمی و منیزیمی به ترتیب 0C 250 و 0C 200 می باشد. بیشترین میزان کشیدگی و در نتیجه کرنش پلاستیک (به دلیل خمش و کشش همزمان) در ناحیه دیواره قطعه کار اتفاق افتاده و با وجود اصطکاک تماسی بین ورق و ماتریس در ناحیه فلنج، میزان کرنش ناحیه مزبور افزایش پیدا کرد. بر اساس نتایج مطالعات انجام شده، بیشترین میزان افزایش سختی و کاهش اندازه دانه برای نمونه آلومینیمی به ترتیب 37% و 20% و برای نمونه منیزیمی به ترتیب 24% و 42% در ناحیه دیواره نسبت به کف محصول به دست آمدند.

    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ ورق، کرنش ضخامتی، کرنش پلاستیک، Al 2024، AZ31B
  • محمدمهدی جلیلی*، حجت الله طواری صفحات 49-60

    زبری سطح از مشخصه های بسیار مهم در ماشین کاری در ابعاد نانو می باشد. به دلیل استفاده از محصولات در ابعاد نانومتر جهت بکارگیری در مجموعه هایی که به دقت بالا در حد کسری از نانومتر نیاز دارند، باید در انتخاب پارامترهای ماشین کاری موثر بر زبری سطح دقت شود. در این پژوهش، با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی، ماشین کاری قطعه کاری از جنس مس تک کریستال به وسیله ابزارهایی از جنس الماس با هندسه های مختلف بررسی شده و زبری سطح نهایی محاسبه شده است. اثر پارامترهای ماشین کاری همچون عمق براده برداری و سرعت برشی به همراه پارامترهای وابسته به هندسه ابزار از قبیل زاویه براده، زاویه آزاد اصلی و شعاع نوک آن بر روی زبری سطح با محاسبه زبری میانگین (R_a) و ریشه میانگین مربعات (RMS) مورد بررسی قرار گرفته اند. به منظور بررسی دقیقتر تاثیر پارامترها و اثر متقابل آنها بر یکدیگر از روش تاگوچی برای طراحی آزمایش ها استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان داده است که هر دو پارامتر زبری میانگین و ریشه میانگین مربعات، بیشترین تاثیر بر زبری سطح قطعه کار را ناشی از عمق براده برداری پیش بینی می کنند. براساس نتایج ارایه گردیده، مشخص شده است که زبری سطح در شرایط ماشین کاری مختلف بر اساس انتخاب پارامترها می تواند بهبود یابد و لازم است قبل از انتخاب این پارامترها، شرایط آنها در کنار یکدیگر به خوبی بررسی گردند. همچنین، در نهایت با استفاده از روش تاگوچی، مقادیر بهینه پارامترهای براده برداری برای دستیابی به بهترین صافی سطح در ابعاد مشخص به شرح v=500 m⁄s d=10 Å ، γ=-15° ، β=10° ، r=15 Å ، بدست آمد.

    کلیدواژگان: نانوماشین کاری، مس تک کریستال، روش دینامیک مولکولی، زبری سطح، روش تاگوچی
|
  • Nafise Mahdiyar, Seyed Vahid Hosseini * Pages 1-15
    Nano-indentation is a valuable method for determining the mechanical properties of thin films. In this paper, in order to investigate the hardness of different metals, the nano-indentation process on three workpieces with nickel, copper and aluminum is studied by simulating molecular dynamics. According to the force-displacement curves, nickel and aluminum apply the most and the least force to the indenter, respectively. Based on the hardness-displacement curve obtained for the three components, aluminum has the lowest and nickel the highest hardness. The force-displacement curve of aluminum and hardness-displacement curve of nickel was validated by the force-displacement curve of aluminum and hardness-displacement of nickel in the previous study. The results of atomic phase transfer simulation showed that the deformation in nickel is mainly plastic and in aluminum elastic-plastic. Atomic accumulation was validated after the completion of the process on the copper surface with experimental results and simulation of finite element research of the past. By simulating crystal defects in workpieces, it was found that at the same depth and load, the distribution of crystal defects in aluminum, in addition to the depression area, is also present in the surface of the part and the underlying layers, while the dispersion of defects in copper and nickel is less. Dislocation motion was investigated as the main cause of slipping and deformation in workpieces.
    Keywords: Nano-indentation, Molecular Dynamics, Hardness, Substrate material
  • Farid Vakili Tahami *, Hamed Halimi Khosroshahi, Ebrahim Safari Pages 16-27
    This study investigates the effect of using temperature-dependent and constant thermophysical properties on the precision of numerical simulation in the laser welding of titanium Ti60 alloy. A finite element model is made for 3 mm thick Ti60 alloy sheet piece and is affected by the laser beam using a three-dimensional moving heat source. For verification of the finite element model, the numerical results are compared with the results of experimental data. Also, the influence of the number of elements on the results is investigated. The results of the finite element modelling showed that the solidification starts from the bottom of the melt pool and progresses to the top of the sheet and along the weld seam. Also, the best results are obtained with all the thermophysical properties of density, thermal capacity and conductivity were temperature-dependent. The use of constant density reduces the maximum values of the temperature and dimensions of the weld pool, and the use of constant heat capacity increases these values. Still, these changes are such that (less than 2%), constant density and thermal capacity can be used to model the whole laser welding process. However, the use of constant thermal conductivity causes a large error in the maximum values of the temperature (about twice the value of this parameter), and the dimensions of the melt pool, and this parameter cannot be assumed constant in the simulation of laser welding.
    Keywords: Laser Welding, Finite Elements Method, Melt Pool, Ti60 Titanium Alloy
  • MohammadSaber Asadollahi, Hamid Soleimanimehr *, Shahram Etemadi Haghighi Pages 28-37

    One of the problems with laser machining is the heat-affected zone (HAZ) generated due to the intense heat applied to the workpiece. Moreover, in laser micromachining, the imprecise kerf width control reduces precision. A hybrid waterjet–laser (WJL) process without abrasive particles was used to counter these problems. In the hybrid WJL process, water pressure flushes out molten materials from the cut section, thus reducing the kerf width. Waterjet also enhances workpiece cooling compared to dry laser and results in reduced depth of HAZ. In this study, first a waterjet nozzle with a diameter of 0.4 mm was attached to a laser fiber machine featuring a constant wavelength of 1080 nm and power of 1500 W. Then, the interactions of cutting speed, laser power, focal length, and waterjet pressure on the HAZ and kerf width were investigated. CK75 high-carbon steel was used in this study. It was observed that increasing the cutting diameter leads to reduced HAZ depth and kerf width; whereas, increasing the power increases both said parameters. Furthermore, increasing waterjet pressure reduced HAZ depth and kerf width. The minimum HAZ depth and kerf width were obtained at a focal length of 3 mm., whereas the best HAZ depth and kerf width were 57 micrometers and 217 micrometers, respectively.

    Keywords: Laser, Waterjet, Laser–waterjet hybrid machining, Heat-affected zone (HAZ), Kerf Width
  • Masoud Rakhshkhorshid *, Seyyed Mohammad Hosseini Pages 38-48
    The Incremental forming is an applied production method in rapid prototyping and manufacturing of sheet products in small batches. Usually this process is performed in environment temperature by a computer numerical control machine or a manipulator. Conducting the process in high temperatures, studying the thickness distribution and improving the forming limit of producing parts are the main research contributions in this field. Also, some efforts have been made to increase the accuracy of manufactured parts and two point incremental forming and using of metallic foams have been proposed. In this research, the usage of polymeric foam as a flexible support is proposed to improve the incremental forming of high density polyethylene sheet with the thickness of 2 mm. Wrinkling and tearing defects for both with and without flexible support processing conditions with different spindle speeds and feed rates were investigated. For this, parts with variable wall angle were used. The results showed, the usage of polymeric foam support improves the forming condition by achieving to the parts with higher wall angle. Also, some samples produced in different working condition were selected and the accuracy of them was investigated using a 3D scanner and the improvement of the accuracy in the condition of using the flexible die support was observed.
    Keywords: Polymeric Sheet, Incremental Forming, Thickness Distribution, Flexible Die Support
  • Faramarz Fereshteh Saniee, Saeed Yaghoubi *, Sadegh Ghorbanhosseini Pages 39-48

    Hydroforming is one of the newest sheet metal forming methods that has been widely considered in the industry in the last two decades. In the present research work, the sheet hydroforming process of 2024 aluminum and AZ31B magnesium light-alloys at elevated temperatures has been studied experimentally. In order to evaluate the quality of the produced specimens, the thickness strain created in the cups has been investigated. Then, the relationship between thickness strain distributions with the grain size was discussed using hardness test and microstructure images obtained from scanning electron microscopy (SEM). In order to confirm the gained numerical values, the repeatability of experimental results was performed. The outcomes demonstrated that the suitable temperatures for the hydroforming process of 2024 Al alloy and AZ31B Mg alloy respectively gained to be 250 °C and 200 °C. The maximum amount of elongation and plastic strain (due to simultaneous bending and stretching) occurred in the wall of the cup and despite the friction of contact between the sheet and the matrix in the flange region, the amount of strain in this area increased. According to the results of the current study, the maximum increase in hardness and decrease in grain size were obtained 37% and 20% for AA 2024 and 24% and 42% for AZ31B, respectively, in the wall area in comparison with the bottom of the product.

    Keywords: Sheet hydroforming, Thickness strain, Plastic strain, Al 2024, AZ31B
  • MohammadMahdi Jalili *, Hojjatollah Tavari Pages 49-60

    Surface roughness is one of the most important features in nanoscale machining. Due to the use of nanometer-sized products for use in assemblies that require extremely high accuracy at a fraction of a nanometer, care must be taken in selecting machining parameters that affect the surface roughness. In this study, using molecular dynamics simulations, the machining of a single-crystal copper workpiece by diamond tools with different geometries has been investigated and the final surface roughness has been calculated. The effect of machining parameters such as cutting depth and cutting speed along with parameters related to tool geometry such as rake angle, relief angle and tip radius on surface roughness have been investigated with average roughness (R_a) and root mean square (RMS) measuring instruments. In order to study more precisely the effect of parameters and their interaction with each other, Taguchi method has been used to design experiments. The simulation results show that both the average roughness and root mean square parameters predict the greatest effect on the surface roughness of the workpiece due to the depth of cutting. Based on the presented results, it has been determined that the surface roughness can be improved in different machining conditions based on the selection of parameters, and it is necessary to carefully examine their conditions together before selecting these parameters. Using the Taguchi method, the optimal values of cutting parameters to achieve the best surface roughness in specified dimensions are described as

    Keywords: Nanomachining, Single crystal copper, Molecular dynamic method, Surface roughness, Taguchi method