فهرست مطالب

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال نهم شماره 2 (اردیبهشت 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مهدی صفری* صفحات 1-7

    در این پژوهش به شبیه سازی عددی فرآیند خمکاری با لیزر ورق فلزی توسط الگوی تابش دهی منحنی پرداخته می شود. بدین منظور از نرم افزار تجاری آباکوس جهت انجام شبیه سازیهای المان محدود استفاده می شود. ورق فلزی مورد بررسی، فولاد کم کربن Mild steel با ضخامت 1 میلیمتر می باشد. به کمک میدان تنش حاصل از شبیه سازیهای عددی و تحلیل اثر تنش های باقیمانده در جهت های مختلف واقع بر مسیر تابش دهی با لیزر، مکانیک تغییر شکل و دلیل خمش ورق در فرآیند خمکاری با لیزر توسط الگوی تابش دهی منحنی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که مسیر تابش دهی منحنی می تواند به طور مناسب ورق فلزی فولادی را خمکاری نماید. همچنین اثر پارامترهای توان لیزر، سرعت اسکن لیزر و قطر پرتوی لیزر بر میانگین جابجاییهای ورق خمکاری شده با لیزر توسط مسیر تابش دهی منحنی مورد بررسی قرار می گیرند. نتایج نشان می دهند که با افزایش توان لیزر، میانگین جابجاییهای ورق خمکاری شده با لیزر توسط الگوی تابش دهی منحنی افزایش می یابد. همچنین از شبیه سازیهای عددی نتیجه گرفته می شود که با افزایش سرعت اسکن لیزر میانگین جابجایی های ورق خمکاری شده با لیزر کاهش می یابد. ثابت می شود که با افزایش قطر پرتوی لیزر میانگین جابجاییهای ورق خمکاری شده با لیزر کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: فرآیند خمکاری با لیزر، بررسی عددی، الگوی تابش دهی منحنی، رفتار تغییر شکل
  • مرتضی منصوری، افشین کازرونی، محمد مقداد فلاح* صفحات 8-17
    یکی از چالش های مهم در فرآیند ذوب انتخابی لیزری، ایجاد تنش های پسماند در قطعات تولید شده می باشد. تنش های پسماند می تواند روی دقت ابعادی، خواص مکانیکی و عملکرد قطعه اثرات منفی داشته باشد. در اغلب قطعات صنعتی مانند پره های توربین، مقطع قطعه در طول آن تغیر می کند که می تواند در مقدار تنش های پسماند تاثیرگذار باشد. مهمترین پارامترهای فرآیند ذوب انتخابی لیزری شامل توان لیزر، سرعت اسکن، ضخامت لایه ها و فاصله هاشور مسیر اسکن می باشد. پارامترهای مذکور روی پروفیل حرارتی ایجاد شده در حین فرآیند ساخت موثراند؛ بنابراین می توانند در ایجاد تنش های پسماند در قطعات نقش اساسی داده باشند. در این مقاله با روش تجربی تاثیر پارامتر فاصله هاشور مسیر اسکن روی مقدار تنش پسماند نمونه های اینکونل 625 با مقاطع متفاوت در فرآیند ذوب انتخابی لیزری مورد بررسی قرار گرفته است؛ به گونه ای که چگالی انرژی از محدوده مناسب برای تراکم نمونه ها خارج نشود. با استفاده از روش تست غیر مخرب پراش اشعه ایکس، تنش پسماند در مرکز سطح نمونه ها و فصل مشترک مقاطع نمونه ها اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش فاصله هاشور مسیر اسکن، مقدار تنش پسماند کاهش می یابد. همچنین مقایسه مقدار تنش پسماند در مرکز سطح دو بخش پایینی و بالایی نمونه ها نشان می دهد که مقدار تنش پسماند در فصل مشترک دو سطح مقطع تقریبا به نصف کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: فرآیند ذوب انتخابی لیزری (SLM)، تنش پسماند، نمونه های با مقاطع متغیر، اینکونل 625
  • علی مهدیانی خطبه سرا، محمدجعفر حداد* صفحات 18-29
    هدف از پژوهش حاضر امکان سنجی تولید اتصالات مستحکم و بدون عیب بین ورق های آلومینیوم 1050 و مس خالص به روش میکرو جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به کمک ابزارهای عادی و جدید می باشد. با تحلیل نتایج حاصل از آزمون کشش و تحلیل سیگنال به نویز، میانگین بیشینه مقاومت کششی نهایی اتصالات مقدار MPa 88 گزارش شده است که به هنگام استفاده پارامترهای سرعت دورانی، سرعت پیشروی و آفست ابزار با سطوح به ترتیب rpm 2400، mm/min 40 و mm 25/0 بدست آمده است. همچنین نتایج تحلیل واریانس مشخص کرد که به ترتیب پارامترهای سرعت دورانی و سرعت پیشروی، بیش ترین میزان اثرگذاری روی مقاومت کششی اتصالات را عهده‎دار بوده اند. مقادیر بیشینه و کمینه ناشی از آزمون ریزسختی سنجی نیز به ترتیب برای ناحیه مرکزی جوش و منطقه متاثر از حرارت آلومینیوم ثبت شده است که برابر با HV 192 و HV 21 می باشند. نتایج آزمون پراش اشعه ایکس روی نمونه های بهینه وجود ترکیبات بین فلزی CuAl2 و Cu9Al4 در منطقه جوشکاری را نشان داد. مقاومت کششی اتصالات ایجاد شده به شدت تابع میزان تشکیل این ترکیبات بین فلزی می باشد.
    کلیدواژگان: میکرو جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، ریزسختی، مقاومت کششی، ترکیبات بین فلزی
  • محمد عسکری، مهرداد جوادی*، رضا اسلامی فارسانی، عبدالرضا گرانمایه صفحات 30-40

    در شرایط واقعی، سازه های کامپوزیتی تحت شرایط محیطی متفاوت مانند سیکل های حرارتی قرار می گیرند. هدف تحقیق حاضر، بررسی تاثیر اعمال سیکل های حرارتی بر قابلیت جذب انرژی چند لایه الیاف- فلز ساخته شده با پوسته آلومینیومی و هسته کامپوزیتی اپوکسی- الیاف شیشه با چیدمان های متفاوت الیاف شیشه می باشد. به همین دلیل در گام نخست، چند لایه الیاف- فلز با دو چیدمان تک جهته 0 /0 /0 /0 و 90 /90 /90 /90 و دو چیدمان دو جهته +45 /-45 /-45 /+45 و 0 /90 /90 /0 ساخته شدند. سپس، نمونه های ساخته شده تحت سیکل های حرارتی 0، 1، 10، 30، 50 و 90 سیکل قرار گرفتند. هر سیکل حرارتی شامل افزایش دما تا 100 C به مدت 15 دقیقه، نگه داری در این دما به مدت 5 دقیقه و خنک کردن تا دمای محیط به مدت 15 دقیقه بود. پس از آن قابلیت جذب انرژی و شناسایی مکانیزم ها توسط آزمون ضربه، بررسی ماکروساختاری و بررسی میکروسکوپی بررسی شدند. نتایج بدست آمده نشان داد که تا 10 سیکل حرارت دهی در چند لایه های الیاف- فلز با چیدمان تک جهته قابلیت جذب انرژی بهبود یافته است و پس از آن این قابلیت روندی کاهشی داشت. کم ترین و بیش ترین حساسیت قابلیت جذب انرژی به سیکل های حرارتی به ترتیب در نمونه ها با چیدمان های +45 /-45 /-45 /+45 و 0 /90 /90 /0 مشاهده شدند. بررسی ماکروسکوپی نشان داد که پس از اعمال 90 سیکل حرارتی، جدایش بین لایه های الیاف شیشه مکانیزم اصلی شکست در چندلایه های الیاف فلز بود. با بررسی میکروسکوپی فهمیده شد که سیکل های حرارتی بالا باعث کاهش چسبندگی بین الیاف شیشه و زمینه اپوکسی در چند لایه الیاف- فلز شده است.

    کلیدواژگان: چند لایه الیاف- فلز، آزمون ضربه، شرایط گرمایشی، جذب انرژی
  • سیاوش فتح الهی دهکردی* صفحات 41-51
    در این مقاله، مدل دینامیکی یک بازوی رباتیکی با ساختار متغیر با زمان در محیط سیال استخراج می گردد. تغییر محیط کاری بازوهای رباتیکی و استفاده از آن ها بصورت مکانیزم های ساختار متغیر با زمان، موجب رفع محدودیت فضای کار ربات در هنگام استفاده در محیط سیال می شود. این در حالی است که مدل ساختار جدید متناسب با کاربرد آن در درون سیال، بدست می آید. بدین ترتیب با درنظرگرفتن اثر متقابل ناشی از برهم کنش میان سیال و بازوی رباتیکی در قالب نیروهای هیدرواستاتیکی و هیدرودینامیکی، معادلات نهایی حرکت محاسبه می گردند. اگرچه تغییر ساختار مکانیکی بازوی رباتیکی و اثر عمل و عکس العمل متقابل آن بر سیال سبب می گردد، معادلات حرکت بدست آمده با سیستم های مشابه که ساختار متغیر با زمان ندارند، متفاوت شود. در نتیجه، معادلات نهایی وابسته به زمان می باشند. این موضوع از مقایسه نتایج به دست آمده از رفتار ربات در محیط هوا و سیال، مشخص می گردد؛ بدین ترتیب، علاوه بر حرکت دورانی، در حرکت خطی مفصل کشویی نیز بواسطه ویژگی تراکم ناپذیر بودن سیال، از طرف سیال نیروی عکس العمل مقاوم به بازوی رباتیکی وارد می شود. در این راستا مدل دینامیکی با استفاده از فرمولاسیون گیبس اپل بازگشتی بدست آمده و در ادامه در محیط نرم افزار متلب شبیه سازی شده و نتایج حاصل ارایه می گردند. معادلات بر اساس سطح مقطع های متفاوت بازوها، محیط متفاوت و همچنین با لحاظ اثر هر یک از نیروهای هیدرواستاتیکی و هیدرودینامیکی شبیه سازی می گردد. در نتیجه ی آن، دامنه ی حرکت پنجه ی ربات در محیط آب به نسبت هوا به میزان 60 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: بازوهای رباتیکی با دینامیک متغیر با زمان، برهم کنش سیال و بازوهای رباتیکی، مفاصل دورانی کشویی
  • حسین رحیمی آسیابرکی، مصطفی اکبری*، پرویز اسدی صفحات 52-59
    آلیاژهای Al-Si معمولا در تولید قطعات خودرو از جمله پیستون و سیلندر استفاده می شوند. اگرچه این آلیاژ ویژگی های مطلوبی را برای استفاده در خودرو ارایه می دهد، اما چندین ویژگی ریزساختاری مانند وجود سیلیسیوم های سوزنی شکل یا دندریت ها، عملکرد قطعات تولیدشده را مختل می کند. در این مطالعه، از ذرات تقویت کننده ZrO2برای تولید کامپوزیت های زمینه فلزی به وسیله فرآیند اصطکاکی اغتشاشی استفاده شده است. ابتدا ویژگی های ریزساختاری ناحیه اغتشاشی (SZ) نمونه های تولیدشده با استفاده از میکروسکوپ نوری مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که فرایند اصطکاکی اغتشاشی ویژگی های ریزساختاری فلز پایه ازجمله اندازه ذرات سیلیسیومی و توزیع این ذرات در فلز پایه را بهبود می بخشد. سپس توزیع ذرات و کیفیت پیوند بین ذرات تقویت کننده ZrO2 و آلومینیوم با استفاده از SEM مورد بررسی قرار گرفت. سپس برای تعیین خواص مکانیکی و سایش کامپوزیت ها، آزمون های سختی و سایش انجام شد. آزمایش های سایش پین بر دیسک با سرعت های 1 متر بر ثانیه و 2 متر بر ثانیه و بارهای اعمالی 5 نیوتن، 10 نیوتن و 20 نیوتن انجام شد. نتایج آزمون سایش نشان داد که مقاومت به سایش کامپوزیت تولیدشده در مقایسه با آلیاژ پایه حدود 172 درصد بهبود یافته است.
    کلیدواژگان: فرایند اصطکاکی اغتشاشی، ریزساختار، آلیاژ پیستون، ذرات تقویت کننده، سایش
|
  • Mehdi Safari * Pages 1-7

    In this research, numerical simulation of laser bending process of the metallic sheet with curved irradiating scheme is investigated. For this purpose, the commercial ABAQUS software is used for performing the finite element simulations. The used sheet metal is the low carbon mild steel with thickness of 1 mm. Using the stress field obtained by the numerical simulations and analyzing the residual stresses in different directions located on the laser irradiation path, the mechanics of deformation and the reason for sheet bending in the laser bending process with curved irradiating scheme are investigated. The results show that the curved irradiating scheme can properly bend the steel sheet. Also, the effects of laser power, laser scanning speed and laser beam diameter on the average value of displacements of the laser-bent sheet with curved irradiating scheme are investigated. The results show that with increasing the laser power, the average value of displacements of laser-bent sheet with curved irradiating scheme is increased. Also, it is concluded from numerical simulations that with increasing the laser scanning speed, the average value of displacements of laser-bent sheet is decreased. It is proved that with increasing the laser beam diameter, the average value of displacements of laser-bent sheet is decreased.

    Keywords: Laser bending process, Numerical investigation, Curved irradiating scheme, Deformation behavior
  • Morteza Mansouri, Afshin Kazerooni, M. M. Fallah * Pages 8-17
    One of the major challenges in the selective laser melting process is the generation of residual stresses in the processed parts. The residual stress can have detrimental effects on the dimensional accuracy, mechanical properties and performance of the part. In most industrial components, such as turbine blades, the cross section of the part changes along its length which can affect the amount of residual stress. The most important parameters of selective laser melting process include laser power, scanning speed, layer thickness and hatch spacing. These parameters are effective on the thermal profile created during the manufacturing process. Therefore, they can play an essential role in the formation of residual stresses in parts. In this paper, the effect of hatch spacing parameter on the residual stress magnitude of Inconel 625 samples with different cross sections has been investigated experimentally; so that the energy density does not exceed the appropriate range for the density of the samples. Using the non-destructive X-ray diffraction method, the residual stresses measured in the center of the sample surface and the intersection of the two variable sections of the samples. The results showed that the use of a larger hatch space significantly reduces the amount of residual stress. Also, the comparison of the amount of residual stress in the center of the surface of the lower and upper parts of the samples shows that the amount of residual stress in the interface between the two cross sections is reduced by almost half.
    Keywords: Selective Laser Melting Process (SLM), Residual Stress, Samples with variable cross section, Inconel 625
  • Ali Mahdianikhotbesara, Mohammadjafar Hadad * Pages 18-29
    The present study investigated the feasibility of producing strong and defect-free joints between 1050 aluminum and pure copper sheets by micro friction stir welding using ordinary and new tools. By analyzing the results of the tensile test and signal to noise analysis, the average maximum ultimate tensile strength of the joints is reported to be 88 MPa, when using the parameters of rotational speed, traverse speed, and offset of the tool with levels of 2400 rpm, 40 mm/min and 0.25 mm. The variance analysis also showed that the parameters of rotational speed and traverse speed had the most significant effect on the joints' tensile strength. The maximum and minimum values obtained from the microhardness test were recorded for the weld nugget zone and the heat-affected aluminum zone, respectively, equal to 192 HV and 21 HV. The X-ray diffraction test results on optimal samples showed intermetallic compounds such as CuAl2 and Cu9Al4 in the welding area. The tensile strength of the joints created is strongly dependent on the formation of these intermetallic compounds.
    Keywords: Micro friction stir welding, microhardness, tensile strength, Intermetallic compounds
  • Mohammad Askari, Mehrdad Javadi *, Reza Eslami Farsani, Abdolreza Geranmayeh Pages 30-40

    In the real conditions the composite structures set into the various environment conditions like thermal cycling. The aim of this work is to investigate the effect performing the thermal cycling on the absorbed energy capability of fibers metal laminates with aluminum skin and glass fibers/epoxy composites core with the various stacking sequence of glass fibers. For this reason, in the first step, the FMLs with two unidirectional configurations (0 /0 /0 /0 ، and 90 /90 /90 /90) and two bi-directional configurations (+45 /-45 /-45 /+45 and 0 /90 /90 /0) were fabricated. Then, the samples were aged by 0, 1, 10, 30, 50 and 90 thermal cycles. Each thermal cycle was heating the samples up to 100 C for 15 min, maintaining in this temperature for 5 min, and cooling them down to the ambient temperature for 15 min. After that, measuring the absorbed energy and characterizing the mechanisms were investigated by Charpy impact test, macrostructural method and microscopic analysis. The obtained results showed, up to 10 thermal cycles in the FMLs with unidirectional configurations, the absorbed energy capability has improved. After that, it had the reducing trend. The minimum and maximum sensitivity of absorbed energy capability in the thermal cycling were seen into the samples with the configurations of +45 /-45 /-45 /+45 and 0 /90 /90 /0 , respectively. The macrostructural investigation was showed, the delamination between fibers plies was the main failure mechanism in the FMLs, after performing 90 thermal cycles. By using the microscopic analysis was found that the thermal cycling caused to reduce the adhesion between glass fibers and epoxy matrix into the FML.

    Keywords: Fiber metal laminate, impact test, Thermal cycling, Energy absorption
  • Siavash Fathollahi Dehkordi * Pages 41-51
    This paper presents a dynamic model of a robotic manipulator with a time-varying structure in a fluid medium. In addition, it provides more access for end-effectors via new manipulator structures design that used revolute-prismatic joints. While the new manipulator structure’s model is obtained commensurate with its application in the fluid environment. Thus, by considering the hydrostatic and hydrodynamic interaction forces that implemented between the fluid and the robot arm, the final motion equations of the robot are evaluated. However, the change in the robot’s structure and its fluid implemented action and reaction force, caused the obtained motion equations differ from similar systems with time-invariant structures. As a result, the final equations are time dependent. This is evidenced by comparing the results obtained from the robot's behavior in air and fluid medium. Thus, in addition to the rotational motion, in the linear motion of the prismatic joint, due to the incomprehensibility of the fluid, a resistive force is applied by the fluid to manipulator links. In this regard, the dynamic model is obtained using the recursive Gibbs-Apple formulation and then simulated in MATLAB software. The equations are simulated and discussed based on the different links cross-sectional areas, various environments, as well as the effect of each of the hydrostatic and hydrodynamic forces. As a result, the robot's motion in the water medium is reduced by 60% relative to the air environment. The robot's motion is more affected by the drag force than other resistive forces.
    Keywords: Robotic manipulators with time-varying dynamics, Fluid, robotic arms interaction, Revolute-Prismatic joints
  • Hossein Rahimi Asiabaraki, Mostafa Akbari *, Parviz Asadi Pages 52-59
    Al-Si alloys are commonly used in the manufacture of auto parts, including pistons. Although this alloy offers desirable properties for use in pistons, several microstructural properties, such as the presence of needle-like silicones or dendrites, interfere with the performance of the components produced. In this study, ZrO2 reinforcing particles were used to produce metal-based composites by friction stir process. First, the microstructural characteristics of the stir zone (SZ) of the samples produced were studied using a optical microscope. The results showed that the friction stir process improves the microstructural properties of the base metal, including the size of the silicon particles, and the distribution of these particles in the base metal. Then the particle distribution and bond quality between ZrO2 and aluminum reinforcing particles were investigated using SEM. Then, hardness and wear tests were performed to determine the wear and hardness of the composites. Pin-on-disk wear tests were performed at speeds of 1 m / s and 2 m / s and normal applied loads of 5 N, 10 N and 20 N. The wear test results showed that the wear resistance of the produced composite was improved by about 172% compared to the base alloy.
    Keywords: FSP, Microstructure, Piston alloy, Reinforcing particles, Wear