فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال نهم شماره 5 (امرداد 1401)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال نهم شماره 5 (امرداد 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/05/26
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ناصر محمدی، محمدجواد ناطق* صفحات 1-12

    در فرآیند تولید یک قطعه به کمک کامپیوتر، اطلاعات مورد نیاز ماشین آلات ساخت برای قطعه ایی که مدل طراحی آن مشخص شده است، ایجاد می شود. برای تهیه دستورالعمل های ماشین کاری قطعات، اطلاعات طراحی بر حسب الگویی به نام فیچر بیان می گردد. در این تحقیق با کمک روش یادگیری عمیق، یک سامانه هوش مصنوعی برای شناسایی فیچرهای ماشین کاری معرفی شده است. روش معرفی شده در این تحقیق با کمک شبکه های کانولوشنی دو بعدی در یادگیری عمیق تولید شده است و قادر به شناسایی فیچرهای ماشین کاری در تصویر یک قطعه کار می باشد. نوآوری این تحقیق علاوه بر معرفی یک روش قدرتمند کاربردی و جدید در شناسایی فیچرهای ماشین کاری در حوزه طرح ریزی فرایند به کمک کامپیوتر، شناسایی فیچرهایی است که در یک قطعه کار دارای تداخل هندسی می باشند که روش هایی قبلی شناسایی فیچرهای ماشین کاری قادر به حل این مشکل نبوده اند. همچنین بی نیازی از فایل های مختلف اطلاعات خروجی طراحی به کمک کامپیوتر و استفاده از تصویر یک قطعه کار برای شناسایی فیچرهای ماشین کاری از قابلیت های روش معرفی شده در این تحقیق می باشد. توانمندی دیگر سامانه تولید شده قابلیت شناسایی فیچرهای ماشین کاری با فرمت های مختلف تصویر از قبیل تصویر با خطوط مرزی ، نمایش هندسه جامد ، تصویر قطعه کار با متریال مختلف و نیز تصویر گرفته شده با دوربین های عکاسی معمولی از طریق دوربین تلفن همراه و غیره از قطعه کارهای مکانیکی می باشد. دقت تشخیص فیچرهای ماشین کاری در تصویر یک قطعه کار با استفاده از روش پیشنهادی 88 درصد و خطای تشخیص 0.1 اندازه گیری شده است.

    کلیدواژگان: طرح ریزی فرایند به کمک کامپیوتر، فیچرهای ماشین کاری، یادگیری عمیق، شبکه های کانولوشنی
  • سید سلمان سید افقهی*، فرشاد سلیمانی، هادی عیوضی باقری صفحات 13-22
    براساس نتایج پژوهش های انجام گرفته بیش از 50% هزینه تمام شده قطعات سرامیکی مربوط به هزینه ی ماشینکاری می باشد، این درحالیست که در مورد نیترید سیلیسیم (Si3N4) که یکی از مهمترین سرامیک های مهندسی است، این مقدار تا 80% گزارش شده است. این سرامیک ترکیبی از خواص مطلوب مانند مقاومت به سایش، خوردگی و سختی بالا را دارا می باشد. با توجه به فرسایش زیاد ابزار در ماشینکاری سرامیک ها، استفاده از روش های سنتی ماشینکاری مناسب نیستند. فرآیند ماشینکاری تخلیه ی الکتریکی روشی است که می تواند تمامی مواد رسانا را بدون توجه به خواص مکانیکی و متالورژیکی ماشینکاری نماید، اما ماشینکاری سرامیک های نارسانا از جمله نیترید سیلیسیم بصورت معمول با این روش امکان پذیر نمی باشد. لذا در این تحقیق جهت انجام ماشینکاری تخلیه الکتریکی این سرامیک از روش الکترود کمکی استفاده شده است بدین صورت که پس از ساخت نمونه های سرامیکی، پوشش دولایه مس- کربن و تک لایه مس بر روی نمونه ها قرار داده شد و قطعات با موفقیت ماشینکاری شدند. جهت بررسی بیشتر از سطح حفره ماشینکاری شده توسط میکروسکپ الکترونی تصویربرداری انجام گرفت و الگوی توزیع عناصر نیز تهیه گردید. نتایج نشان دهنده افزایش نرخ براده برداری در حالت پوشش دولایه نسبت به پوشش تک لایه می باشد. همچنین پس از اتمام ماشینکاری، از سطح قطعات سرامیکی و ابزار مس، آنالیز EDX انجام شد که نشان دهنده وجود عناصر کربن و مس در سطح ماشینکاری شده می باشد. علاوه براین، فرسایش نسبی ابزار مسی در حالت پوشش دولایه کمتر می باشد.
    کلیدواژگان: نیترید سیلسیسم، ماشینکاری تخلیه الکتریکی، رسانایی، الکترود کمکی
  • اصغر مهدیان، بهروز شهریاری*، محمدرضا شیخی، مجتبی اسماعیلیان صفحات 23-32
    موتورهای توربینی دور بالای هوایی باید قابلیت عملکرد مطمین و کار در رژیم های پروازی مختلف را داشته باشند. انتخاب نوع یاتاقان و طراحی آن جهت اطمینان از عملکرد بخش دوار این موتورها در تمام شرایط کاری از اهمیت خاص برخوردار است. یاتاقان های فیلم سیال و غلتشی معمولی قادر به تنظیم رفتار دینامیکی خود در پاسخ به تغییرات شرایط کاری سامانه نیستند. اما یاتاقان های کفشک لولایی می توانند با جبران نامیزانی، تطبیق با تغییرات سرعت و میرایی فعال، ارتعاشات محور را حذف نمایند و پایداری عملکرد و کاهش ناپایداری فیلم روغن را سبب شوند. در طراحی این نوع یاتاقان ها روش بارگذاری، پیش بار، نسبت طول به قطر، نیروی عمودی و گشتاور راه انداز، سختی و میرایی معادل و افزایش دمای روغن دارای اهمیت هستند. در این تحقیق یک نمونه یاتاقان برای یک محور با قطر مشخص طراحی و با لحاظ الزامات ساخته و تست گردید. جهت ارزیابی، آزمایش در سرعت های مختلف انجام و نتایج حاصل از آزمایش ها بیان می گردند. نتایج نشان می دهند که ضمن حرکت آرام و بدون لرزش محور تا دور 13000 دور بر دقیقه روان کاری در محدوده هیدرودینامیکی است. با پارامترهای اولیه شامل سامرفیلد 13.6، دمای 23.5 درجه سانتیگراد، دور 3570 دور بر دقیقه و لزجت 0.034 پاسکال-ثانیه، با گذشت زمان و افزایش تدریجی دما تا نسبت 1.4، ضمن کاهش نسبت لزجت تا 0.62 و کاهش عدد مشخصه یاتاقان تا 0.67، عدد سامرفیلد نیز کاهش می یابند. نمودارهای استخراج شده نشان از طراحی صحیح یاتاقان مورد نظر دارند.
    کلیدواژگان: موتورهای توربینی هوایی، روتور دور بالا، یاتاقان کفشک لولایی (TPJB)، تحلیل تجربی و تئوری، دستگاه آزمایش یاتاقان
  • صادق سلطانی، حامد دیلمی عضدی*، سید حسین الهی صفحات 33-39
    هدف این مقاله بررسی اثر تغییرات مقدار عامل فوم ساز کربنات کلسیم بر خواص فیزیکی و مکانیکی فوم آلومینیومی LM13 می باشد. فوم از جنس آلیاژ آلومینیوم LM13 با استفاده از عامل فوم ساز کربنات کلسیم (CaCO3) و ذرات تثبیت کننده فلز کلسیم (Ca) با چگالی های از 3/0 تا 5/ 0 gr⁄cm3 (چگالی نسبی 12/0 تا 18/0) و اندازه حفره 25/0 تا 92/0 میلی متر تولید شده است. تاثیر میزان عامل فوم ساز بر اندازه حفره ها، کمترین ضخامت دیواره ها و چگالی مورد ارزیابی قرار گرفته است. در ادامه رفتار مکانیکی فوم ها با استفاده از آزمون فشار تک محوری مورد بررسی قرار گرفته و تغییرات استحکام فشاری، ویژگی های الاستیک و ظرفیت جذب انرژی فوم ها در اثر تغییرات مقدار عامل فوم ساز بررسی شده است. مطابق نتایج بدست آمده استفاده بیشتر از عامل فوم ساز منجر به تولید فوم هایی با اندازه میانگین حفره بزرگتر و چگالی کمتر می گردد. همچنین افزایش مقدار عامل فوم ساز سبب کاهش مقاومت فشاری فوم ها در آزمون فشار تک محوری و ظرفیت جذب انرژی آنها می گردد.
    کلیدواژگان: فوم آلومینیوم، عامل فوم ساز، مقاومت فشاری، ظرفیت جذب انرژی
  • جلال جودکی*، سید امیرحسین نقوی الحسینی صفحات 40-48
    فرآیندهای ساخت افزایشی دسته ای از فرآیندهای تولید هستند که برای ساخت قطعات خاص در کمترین زمان ممکن مورد استفاده قرار می گیرند. برخلاف روش ماشینکاری که با براده برداری و به صورت کاهشی عملیات ساخت انجام می شود، در روش ساخت افزایشی با اضافه نمودن یک لایه جدید به لایه های قدیمی چاپ شده، قطعه نهایی ساخته می شود. در این مقاله به بررسی استحکام کششی نمونه های تولید شده از جنس ABS پرداخته می شود. سه پارامتر مورد بررسی اثر اندازه نمونه، اثر درصد تراکم و اثر الگوی چاپ بر رفتار تنش-کرنش قطعات می باشد. سه نمونه با اندازه متفاوت، پنج نمونه با درصدهای مختلف تراکم و دو نمونه با الگوی چاپ متفاوت تولید شده اند و پس از انجام آزمون کشش، رفتار منحنی تنش-کرنش قطعات با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج آزمون کشش نشان داد که با افزایش اندازه نمونه، استحکام کششی قطعات کاهش می یابد. همچنین با کاهش درصد تراکم، نیروی تحمل شده توسط نمونه و درصد ازدیاد طول قبل از شکست کاهش می یابد و تفاوت قابل توجهی میان نمونه با تراکم صد درصد و سایر نمونه ها وجود دارد. با مقایسه نسبت نیروی ماکزیمم بر جرم هر یک از نمونه ها مشاهده می شود که این نسبت برای نمونه های متخلخل نزدیک به یکدیگر بوده، ولی این نسبت برای نمونه توپر در مقایسه با نمونه های متخلخل 25 درصد بیشتر می باشد. استحکام نمونه های چاپ شده به روش نرمال نسبت به نمونه تولید شده با پروفایل های هم مرکز 13.9 درصد بیشتر است. همچنین کرنش شکست نمونه های چاپ شده به روش پروفایل های هم مرکز 48 درصد نسبت به کرنش شکست نمونه نرمال کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: چاپ سه بعدی، مدل سازی لایه نشانی ذوبی، استحکام کششی، اثر اندازه، درصد تراکم
  • وجید طهماسبی*، عباس پاک، علی زین العابدین بیگی، پیمان حسن پور صفحات 49-59
    یکی از حساس ترین و پرکاربردترین فرآیندهای ماشینکاری در جراحی ها و مهندسی پزشکی، فرآیند سوراخکاری استخوان می باشد. در این فرآیند سعی برآن است تا نیروی محوری وارد بر بافت استخوان حین عمل جراحی کمینه شود. برای کاهش نیرو روش های مختلفی از جمله استفاده از انجتم فرآیند در حالت سرعت بالا، خنک کاری با گاز، نوسانات فراصوتی، تغییر جنس و هندسه ابزار و همچنین استفاده از ابزارهای پوشش دار مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این مقاله بررسی اثر یک نوع نانو پوشش بر روی ابزار از جنس تیتانیوم نیتراید و بررسی اثر پارامترهای ورودی موثر بر روی رفتار نیرو در سوراخکاری ارتوپدی با در نظر داشتن الزامات پزشکی می باشد. در این پژوهش ماده پلیمری پلی متیل متاکریلات که خواصی نزدیک به استخوان دارد انتخاب و با ایجاد نانو پوشش از جنس تیتانیم نیترید بر روی ابزار، اثر سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار بر روی نیروی فرایند سوراخکاری با استفاده از طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ، مدل سازی و معادله رگرسیون خطی مرتبه دوم حاکم بر مدل استخراج شده است. همچنین مقادیر بهینه هریک از پارامترهای ورودی به منظور دستیابی به بهترین و کمینه ترین مقدار نیروی ایجاد شده در حین سوراخکاری ارتوپدی ارایه شده است. نتایج نشان داده است که ایجاد نانوپوشش تیتانیم نیترید باعث کاهش نیرو به مقدار 40 درصد شده است. همچنین نیروی محوری با بیشترین مقدار سرعت برشی و کمترین مقدار سرعت پیشروی و در ابزارهای با قطر کمتر، کاهش قابل ملاحظه ای داشته است..
    کلیدواژگان: ماشینکاری، سوراخکاری پلی متیل متاکریلات، نیرو، روش سطح پاسخ، نانو پوشش پزشکی
|
  • Naser Mohammadi, MohammadJavad Nategh * Pages 1-12

    In the process of producing a part with the help of computer aided manufacturing, the required information is created for the workpieces whose design model is specified. To prepare machining instructions, the design information is expressed in a pattern called a feature. In this research an advanced artificial intelligence system has been introduced to identify machining features with the help of deep learning method. The proposed method has been prepared with the help of two-dimensional convolutional networks in deep learning. It can identify machining features from the image of a workpiece. The innovations of this research, in addition to introducing a powerful practical and new method for automatic machining features recognition in the field of computer aided process planning, is identifying features that have geometric interference in a workpiece. The previous methods of automatic machining features recognitions have not been able to solve this problem. Furthermore, the lack of need for different CAD output files and the use of an image of a workpiece to identify machining features are the capabilities of the system introduced in this research. Other capabilities of the proposed method are the ability to identify machining features with different image formats such as image with wire frame format, constructive solid geometry format, image of workpiece with different materials and taken with ordinary cameras such as mobile cellphone camera and other imaging devices. The accuracy of detecting machining features in the image of a workpiece is measured %88 and detection error is measured 0.1 using proposed method.

    Keywords: Computer aided process planning, machining features, Deep Learning, Convolutional Neural Networks
  • Seyyed Salman Seyyed Afghahi *, Farshad Soleimani, Hadi Eivazi Bagheri Pages 13-22
    Based on the review of the previous researches, more than 50% of the cost of ceramic parts is related to machining costs, about silicon nitride (Si3N4), which is one of the most important engineering ceramics, while up to 80% has been reported. This ceramic has a combination of desirable properties such as wear and corrosion resistance and high hardness. Due to the high tool wear in machining process, the use of traditional methods is not appropriate. The electrical discharging machining process is a method that can machined all conductive materials without regard to mechanical and metallurgical properties, but machining of non-conducting ceramics such as silicon nitride is not normally possible by electrical discharging machining process. Therefore, in this research, the assisted electrode method has been used to perform the electrical discharge machining of silicon nitride ceramics. After preparing ceramic samples, copper-carbon bilayer and single copper layer were coating on the Si3N4 and they were successfully machined. In order to further examine the machined surface, imaging was performed by SEM. The results show that an increase in material removal rate in two-layer coating compared to single-layer coating. Also, after finishing machining process, EDX analysis was performed from the surface of ceramic workpiece, which indicates the presence of carbon and copper elements in the machined surface. In addition, the copper tool wear ratio in two-layer coating is less than that of single-layer coating.
    Keywords: Silicon Nitride, electrical discharging machining, conductivity, assisted electrode method
  • Asghar Mahdian, Behrooz Shahriari *, Mohammadreza Sheykhi, Mojtaba Esmaeilian Pages 23-32
    High-speed turbine aero engines should be able to perform reliably and work in different flight regimes. Choosing the type of bearing and its design to ensure the performance of the rotating part of these engines in all working conditions is of particular importance Conventional rolling and fluid film bearings are not able to adjust their dynamic behavior in response to changes in the working conditions of the system. Tilting pad journal bearing (TPJB) can eliminate axial vibrations by compensating for misalignment, adapting to speed changes and active damping, and cause stability of operation and reduction of oil film instability. In the design of this type of bearings, the loading method, preload, length-to-diameter ratio, vertical force and starting torque, hardness and equivalent damping, and increase in oil temperature are important. In this research, a bearing sample for a shaft with a specific diameter was designed and manufactured and tested according to the requirements. In order to evaluate, tests are performed at different speeds and the results of the tests are expressed. The results show that while the Shaft moves smoothly and without vibration up to 13000 rpm, the lubrication is in the hydrodynamic range. With the initial parameters including Summerfield 13.6, temperature 23.5oC, 3570 rpm and viscosity 0.034 Pa.s, with the increase in temperature to a ratio of 1.4, while reducing the viscosity ratio to 0.62 and reducing the number bearing characteristics to 0.67, Summerfield number is also reduced. The extracted diagrams show the correct design of the intended bearing.
    Keywords: Turbine Aero Engines, High Speed Rotor, Tilting Pad Journal Bearing (TPJB), Experimental, Theoretical Analysis, Bearing Test Equipment
  • Sadegh Soltani, Hamed Deilami Azodi *, S. Hossein Elahi Pages 33-39
    This paper aims to investigate the effect of the amount of calcium carbonate as foaming agent on the physical and mechanical properties of LM13 aluminum foam. Aluminum alloy LM13 foams have been made using calcium carbonate (CaCO3) as foaming agent and calcium metal (Ca) as stabilizing particles with densities from 0.3 to 0.5 gr/cm3 (relative density from 0.12 to 0.18) and the pores size from 0.25 to 0.92 mm. The effects of the amount of foaming agent on the size of the pores, the minimum thickness of the walls and the density have been evaluated. Furthermore, the mechanical behavior of foams has been investigated using uniaxial compression test. The influences of the amount of foaming agent on compressive strength, elastic characteristics and energy absorption capacity of foams have been investigated. According to the obtained results, the use of more foaming agent leads to the production of foams with larger average pores size and less density. Also, increasing the amount of foaming agent reduces the compressive strength of foams in the uniaxial compression test and their energy absorption capacity.
    Keywords: Aluminum foam, Foaming Agent. Compressive Strength, Energy Absorption Capacity
  • J. Joudaki *, Seyed Amirhosein Naghavi Alhoseini Pages 40-48
    Additive manufacturing is a new type of manufacturing process which is used for the fabrication of special parts in a minimum possible time. Unlike the machining processes in which the part is prepared by material removal, the parts are fabricated in additive manufacturing by adding a new layer to old printed layers. In this article, the tensile strength of printed specimens from ABS by Fused Filament Fabrication (FFF) will be evaluated. Size, in-fill density, and the print pattern are three process parameters that will be investigated. Three different size samples, five different in-fill density samples, and two samples with different patterns are printed and the stress-strain behavior of prepared samples was compared. The tensile test results show that the tensile strength of samples decreases by increasing the sample size. Also, by decreasing the in-fill density, the tensile load of samples and elongation decreases, and a considerable difference between the 100% in-fill density and other samples are observed. By comparing the ratio of maximum force to the mass of samples it was observed that this ratio is almost constant for non-solid samples but this ratio is 25% higher for the solid (100% in-fill density) sample compared to the non-solid samples. The strength of the samples printed by the normal pattern is 13.9 % higher than the sample produced with concentric profiles. The failure strain of the sample produced with concentric profiles reduces by about 48% compared to samples printed by the normal pattern.
    Keywords: 3D Printing, Fused Filament Fabrication, tensile strength, size effect, In-fill Density
  • Vahid Tahmasbi *, Abbas Pak, Ali Zeinolabedin Beygi, Peyman Hassanpour Pages 49-59
    One of the most significant and applicable machining processes in surgeries and medical engineering is the bone drilling process. In this process, it is intended to minimize the axial force on the bone tissue during surgery. To reduce force, different methods have been considered; including the use of a variety of lubricants, ultrasonic oscillations, material replacement, tool geometry, and also the use of coated tools. The purpose of this paper is to investigate the effect of a specific type of nano coating on steel tool, and to investigate the effect of effective input parameters on force behavior in orthopedic drilling with medical requirements in mind. In this study, the polymeric material of poly-methyl-meta-carylate (PMMA), which has similar properties to the bone, was selected; and by creating titanium nitride nano coating on the tool, the effect of tool rotational speed, feed rate, and the tool diameter on the drilling process force have been extracted using the design of experiment by the response surface method, modeling and second-order linear regression equation governing the model. The optimum values of each input parameter are also presented in order to achieve the minimum and the best amount of force created during orthopedic drilling. The results show that the creation of titanium nitride nano coating reduces the force by 40 percent. Also, the axial force with the maximum cutting speed, the minimum feed rate, and in the tools with smaller diameters has been significantly reduced.
    Keywords: machining, Poly-methyl-meta-carylate drilling, force, response surface method, Medical nano coating