فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال نهم شماره 9 (آذر 1401)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال نهم شماره 9 (آذر 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/11/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • راحله پودینه ئی، سعید شهرکی*، هادی ابرهیمی صفحات 1-9
    خمکاری میکرو یک فرایند شکل دهی جهت ایجاد خم با شعاع های بسیار کوچک می باشد و در تولید قطعات حساس صنعت الکترونیک به کاربرده می شود. نکته مهم و کلیدی در فرایند خمکاری میکرو، تولید قطعات با حفظ دقت ابعادی بالا می باشد. یکی از عیوب تاثیرگذار بر دقت ابعادی و تلرانسی این قطعات، پدیده برگشت فنری می باشد که ارتباط مستقیمی با پارامترهای ابزار و ماده دارد. در پژوهش حاضر، رفتار برگشت فنری ورق مسی C12200 در یک قالب جدید خمکاری به شکل W، مورد مطالعه قرار گرفت؛ همچنین اثرات عوامل فرایندی شامل شعاع سنبه، شعاع ماتریس و نسبت ضخامت ورق به سایز دانه با استفاده از شبیه سازی المان محدود و آزمایش های تجربی مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که بیشترین زاویه برگشت فنری برای سایز دانه 33 میکرومتر و کمترین برای سایز دانه 133 میکرومتر حاصل می گردد. نتایج نشان داد بهترین شرایط از نقطه نظر کاهش زاویه برگشت فنری در حالت کمترین نسبت ضخامت ورق به سایز دانه حاصل می شود.
    کلیدواژگان: خمکاری میکرو، آنیلینگ، برگشت فنری، سایز دانه، المان محدود
  • سیاوش مویدی مانیزانی، جمال زمانی اشنی*، محمد صالحی صفحات 10-20
    با توسعه روش های ساخت افزایشی در چند دهه اخیر، تولید قطعاتی با جنس متفاوت نیز اهمیت بسیاری یافته است. روش چاپ سه بعدی ذوبی (FDM) به عنوان یکی از متداول ترین روش های ساخت افزایشی، امکان تولید قطعات پیچیده کامپوزیتی را فراهم می نماید. فیلامنت های مصرفی مورد استفاده در روش لایه به لایه FDM معمولا به صورت پلیمری و با قطر معین می باشد. در این روش از طریق ذوب فیلامنت در نازل سامانه و پیشروی لحظه ای آن، مواد در راستای حرکت سیستم از نازل سامانه خارج می گردد. مواد میکرو کامپوزیت به دلیل کاربرد های فراوان از این دسته مواد بشمار می روند. در این بین نحوه کامپوزیت سازی بر روی رفتار قطعه تاثیرگذار است به همین منظور در این پژوهش با استفاده از فیلامنت میکرو کامپوزیتی ABS-Ni و چاپ آن با چاپگر سه بعدی FDM ساخته شده توسط محققین همین مقاله و مقایسه آن با دیگر پلیمر های تولید شده در این روش نظیر PLA، ABS و TPU به بررسی خواص مکانیکی و خواص میکروسکوپی قطعات تولید شده، پرداخته شده است. همچنین، قطعات مشابه با استفاده از روش DLP با این روش مقایسه گردید. با توجه به نتایج به دست آمده، با افزایش 15% پودر نیکل، استحکام کششی به میزان 62/11% کاهش یافته که این مقدار برابر با کاهش 50% میزان پرشوندگی در قطعه غیر کامپوزیت ABS است. در مقایسه دو روش FDM و DLP، با وجود کیفیت سطح و ساختار یکپارچه تر، عملیات فتوپلیمریزاسیون می تواند استحکام قطعات را تا 2 برابر کاهش دهد؛ همچنین درازش پلیمر TPU، 26 برابر دیگر مواد برآورد گردید.
    کلیدواژگان: تولید افزایشی، فیلامنت کامپوزیتی، چاپ ذوبی، کامپوزیت ABS-Ni، لایه به لایه
  • محمدحسین پل*، غلامحسین لیاقت صفحات 21-25

    پلاک های ارتوپدی فلزی می تواند سبب مشکلاتی از جمله پوکی استخوان در ناحیه زیر پلاک، رهایش محصولات خوردگی ناخواسته در بدن به دلیل سایش پلاک های فلزی و در نتیجه عفونت و همچنین عمل جراحی سخت مجدد جهت بیرون آوردن پلاک سخت فلزی شوند لذا پلاک های پلیمری و کامپوزیتی می تواند جایگزین مناسبی برای پلاک های فلزی باشد. در تحقیق حاضر تاثیر جنس بر خواص مکانیکی دو پلاک تثبیت کننده استخوانی با هندسه یکی تخت و دیگری انحناء دار و هر دو با سوراخ های ردیفی و کاربرد بالینی زیاد با استفاده از آزمایش خمش سه نقطه ای بررسی شده است. به این منظور نمونه ها با استفاده از روش ساخت افزایشی پرینت سه بعدی و به روش لایه نشانی مذابی FDM از جنس ABS، PLA و PETG ساخته شدند. نتایج آزمایش نشان داد بیشترین مقاومت و مدول خمشی برای هر دو مدل نمونه پلاک ارتوپدی مربوط به PLA است. برای نمونه تخت، مقاومت خمشی و مدول خمشی PLA نسبت به PETG به ترتیب 58 و 100 درصد و برای نمونه انحناء دار مقاومت خمشی و مدول خمشی PLA نسبت به PETG به ترتیب 49 و 100 درصد بیشتر است. همچنین دیده شد اگرچه مقاومت و مدول خمشی وابستگی به ابعاد و هندسه مدل ها دارد ولیکن نسبت تغییرات این خواص به ویژه مدول خمشی تقریبا ثابت است.

    کلیدواژگان: پلاک های ارتوپدی، روش ساخت افزایشی، پرینت سه بعدی، خواص خمش سه نقطه ای
  • امیرمحمد منوچهری، محمد گلزار*، علی مسعودی، هادی قربانی صفحات 26-34
    مقاله پیش رو به بررسی خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیتی با الیاف ممتد شیشه و ماتریس ترموپلاستیک ABS ساخته شده با روش ساخت افزایشی FDM پرداخته است. چاپگر طراحی شده برای تولید این کامپوزیت از فیلامنت پلیمری ABS و فیلامنت کامپوزیتی پیش آغشته ABS/GF استفاده می کند. فیلامنت پیش آغشته توسط یک خط تولید فیلامنت طراحی و تولید شده است. به منظور ساخت چاپگر سه بعدی با قابلیت چاپ کامپوزیت، یک چاپگر FDM به گونه ای تحت اصلاح قرار گرفت که توانایی چاپ کامپوزیت را داشته باشد. در نهایت بعد از ساخت چاپگر سه بعدی با قابلیت چاپ کامپوزیت، نمونه های مورد نیاز برای آزمون کشش و خمش سه نقطه چاپ شد و آزمون خواص مکانیکی طبق استانداردهای موجود بر روی آن ها صورت گرفت. خواص به دست آمده با نمونه ABS خالص چاپ شده نیز مورد مقایسه قرار گرفت. مدول الاستیسیته و استحکام کششی نمونه ABS/GF نسبت به نمونه ABS خالص چاپ شده به ترتیب 540 و 260 درصد رشد داشته است. بر اساس آزمون خمش سه نقطه، مدول و استحکام خمشی کامپوزیت چاپ شده به ترتیب 140 و 100 درصد نسبت به نمونه خالص پلیمری افزایش پیدا کرده است. مدت زمان ساخت نمونه کامپوزیت به وسیله چاپگر FDM در مقایسه با چاپ پلیمری اختلاف چندانی ندارد اما به دلیل وجود الیاف ممتد شیشه یا سایر الیاف تقویت کننده، خواص مکانیکی نمونه ساخته شده، بهبود قابل توجهی پیدا کرده است؛ به همین دلیل استفاده از این روش در مقایسه با روش چاپ FDM با پلیمر خالص قابل توجیه است.
    کلیدواژگان: ساخت افزایشی، مواد ترموپلاستیک، چاپگر سه بعدی لایه نشانی تجمعی مذاب، کامپوزیت الیاف ممتد
  • مهدی شمشیری، ولی الله پناهی زاده، یعقوب دادگراصل* صفحات 35-44

    یکی از محدودیت های شکل دهی غلتکی سنتی ساخت قطعات با مقاطع ثابت است بنابراین فرایند شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر به منظور تولید قطعات با سطح مقطع متغیر ایجاد شد. مهم ترین عیوب این فرایند شامل، تابیدگی کف، برگشت فنری، انحراف از موقعیت مطلوب لبه، چین خوردگی لبه و پارگی در گوشه ها می باشد. در این مقاله به بررسی عددی و تجربی اثر حرارت دهی به ورق در حین فرایند شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر روی عیب برگشت فنری پرداخته شده است. بدین منظور شبیه سازی اجزای محدود ترمومکانیکال فرایند در نرم افزار آباکوس انجام شد. آزمایش های تجربی با استفاده از دستگاه شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر ساخته شده در دانشگاه شهید رجایی تهران به همراه سازوکار حرارت دهی موضعی الحاقی در پنج دمای 25، 100، 200، 300 و 400 درجه سانتی گراد به منظور صحت سنجی نتایج شبیه سازی انجام شد. برای اندازه گیری دمای ورق، از ترمومتر لیزری استفاده شد. برای جلوگیری از بازتاب نور لیزر و خطا در محاسبه دما، ورق به وسیله پوشش دهی کربن مات گردید. نتایج نشان داد که با افزایش دما برگشت فنری نسبت به شکل دهی در دمای محیط در هر دو جنس آلومینیوم کاهش یافت و با افزایش استحکام تسلیم، برگشت فنری افزایش یافت. با افزایش دما تا 400 درجه سانتی گراد نسبت به دمای محیط، برگشت فنری در ضخامت 1 و 5/1 میلی متر، به ترتیب 5/33 و 2/41 درصد کاهش پیدا کرد؛ همچنین مقایسه نتایج شبیه سازی و تجربی تطابق خوبی را نشان داد.

    کلیدواژگان: برگشت فنری، شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر، گرمایش موضعی
  • حمیدرضا بانویی، محمدرضا فراهانی* صفحات 45-54
    موتورهای توربینی عمدتا دارای اتصال جوشی غیر هم جنس به روش های گوناگون جوشکاری ذوبی هستند. در این تحقیق انرژی ورودی به عنوان پارامتر اصلی با تغییر در ولتاژ و جریان پرتو با ثابت گرفتن سرعت جوشکاری mm/s6 و شعاع پرتو الکترونی یک میلی متری بروی فرایند جوشکاری پرتو الکترونی مورد بررسی قرار گرفتند. کیفیت اتصال نمونه ها پس از جوشکاری، با سه مشخصه تست کشش و هندسه جوش (عمق نفوذ) همراه با بررسی سطح شکست تعیین گردید. مشاهده گردید که با افزایش انرژی ورودی عمق نفوذ و نیروی کششی اتصال افزایش می یابد. در تست کشش نمونه ها نیروی کششی سه نمونه، بیش از 80 درصد فلز پایه را نشان دادند. همچنین نشان داده شد که شکست در تمامی نمونه ها از ناحیه فصل مشترک فولاد 4140 با منطقه جوش رخ داده است؛ به طوری که با افزایش انرژی ورودی منطقه متاثر از حرارت در فصل مشترک فولاد 4140 افزایش می یابد. در مقایسه دو نمونه با ولتاژ یکسان و آمپر متفاوت و همچنین آمپر یکسان و ولتاژ متفاوت نشان داده شد که اثر آمپر بر استحکام جوش به مراتب بیشتر از ولتاژ است. در بررسی سطوح شکست نیز مشاهده گردید که در مقادیر انرژی بالاتر از J/mm 230 انعطاف پذیری جوش کاهش می یابد؛ علت آن درجه حرارت بالا بر اثر افزایش انرژی ورودی و نرخ سرد شدن سریع منطقه جوش است. با توجه به نتایج این تحقیق شرایط بهینه استحکام و عمق نفوذ جوش مناسب در نمونه V40I40 با انرژی جوش J/mm 267 مشاهده گردید.
    کلیدواژگان: جوشکاری پرتو الکترونی، نیروی کششی، جوش غیرهمجنس، فولاد Inc-713LC، فولاد 4140
|
  • Rahele Podinehei, Saeid Shahraki *, Hadi Ebrahimi Pages 1-9
    Micro bending is a forming process to create bends with very small radius and it is used in the production of sensitive parts of the electronics industry. The key point of the micro bending process is the production of parts while maintaining high dimensional accuracy. One of the defects effecting the dimensional accuracy and tolerance of these parts is the spring-back phenomenon which is directly related to the parameters of the tool and the material. In the present study, the spring back behavior of C12200 copper sheet in a new W-shaped bending die has been studied. Also, the effects of process factors including punch radius, die radius and sheet thickness to grain size ratio it was analyzed using finite element simulation and experimental tests. The results showed that the highest spring back angle is obtained for the grain size of 33 µm and the lowest for the grain size of 133µm. The results showed that the best conditions in terms of reducing the spring back angle are obtained in the lowest ratio of sheet thickness to grain size.
    Keywords: Micro bending, Annealing, Spring-back, Grain Size, Finite Element
  • Siavash Moayedi Manizani, Jamal Zamani Ashani *, Mohammad Salehi Pages 10-20
    The development of additive manufacturing processes in the last several decades has made the manufacture of parts made of various materials quite significant. Fused deposition modeling, being one of the most widely used additive manufacturing processes, enables the creation of complex composite parts. In this technique, the material comes out of the system's nozzle in the direction of the system's movement due to the melting of the filament in the nozzle and its momentary progress. Because of their numerous applications, micro-composite materials are considered one of these materials. However, the technique of manufacturing the composite has an influence on the behavior of the component; for this purpose, in this research, ABS-Ni micro composite filament was employed and printed with the FDM 3D printer developed by the researchers of this article, and it was compared to other polymers such as PLA, ABS, and TPU. The mechanical and microscopic behavior of the polymers made with this approach, have been investigated. Furthermore, similar parts manufactured using the DLP approach were compared to this method. According to the results, a 15% increase in nickel powder reduced tensile strength by 11.62%, which is equivalent to a 50% drop in the volume of infill in the non-composite ABS part. When comparing the FDM and DLP methods, the photopolymerization operation can diminish the strength of the products by 2 times despite the higher surface quality and more integrated structure. The elongation of TPU polymers was determined to be 26 times higher than that of other polymers.
    Keywords: Additive Manufacturing, composite filament, fusion printing, ABS-Ni composite, layer by layer
  • Mohammah Hossein Pol *, Gholamhossein Liaghat Pages 21-25

    Metal orthopedic plaques can cause problems such as osteoporosis in the area under the plaque, the release of unwanted corrosion products in the body due to the wear of metal plaque and as a result of infection, as well as surgery to remove the hard metal plaque. Therefore, polymer plaques and composite plaques can be a good substitute for metal plaques. In the current research, the effect of polymeric material type on the mechanical properties of two bone stabilizing plaques, one flat and the other curved, both with a row of holes and high clinical application, is investigated using the three-point bending test. For this purpose, samples were made of ABS, PLA and PETG using additive manufacturing method of 3D printing and FDM melt deposition method. The test results showed that the highest strength and flexural modulus for both models of orthopedic plaque samples is related to PLA material. For the flat plaque, the bending strength and bending modulus of PLA compared to PETG are 58% and 100% higher, respectively. For the curved plaque, the bending strength and bending modulus of PLA compared to PETG are 49% and 100% higher, respectively. It was also seen that although the strength and flexural modulus depend on the dimensions and geometry of the models, but the ratio of changes in these properties, especially the flexural modulus, is almost constant.

    Keywords: Orthopedic plaque, additive manufacturing method, 3D Printing, three-point bending properties
  • Amir Mohammad Manouchehri, Mohammad Golzar *, Ali Masoudi, Hadi Ghorbani Pages 26-34
    The upcoming article investigates the mechanical properties of FDM printed composite material with continuous glass fibers and ABS matrix. The printer designed to produce this composite uses ABS polymer filament and ABS/GF pre-impregnated composite filament. Pre-impregnated filament is designed and produced by a filament production line. In order to build a 3D printer with composite printing capability, a normal FDM printer was subjected to modifications in the structure and nozzle. Finally, after building a 3D printer with composite printing capability, tensile and bending samples were printed and the mechanical properties were tested according to standard instructions. The obtained properties were also compared with the printed pure ABS sample. The modulus of elasticity and tensile strength of the ABS/GF sample has increased by 540% and 260%, respectively, compared to the printed pure ABS sample. Based on the three-point bending test, the modulus and flexural strength of the printed composite have increased by 140% and 100%, respectively, compared to the pure polymer sample. The duration of making composite by FDM printer is not much different compared to polymer printing, but due to the presence of continuous glass fibers or other reinforcing fibers it greatly improves the mechanical properties of the manufactured sample, that's why the use of this method can be justified compared to FDM printing with pure polymer method.
    Keywords: Additive Manufacturing, Thermoplastic Materials, Fused deposition modeling 3D printer, Continuous fiber composite
  • Mehdi Shamshiri, Valiollah Panahizadeh, Yaghoub Dadgarasl * Pages 35-44

    One of the limitations of traditional roll forming is the production of parts with fixed cross-sections, so the flexible roll forming process was created to produce parts with variable cross-sections. The most important defects of this process, include warping, spring back, deviation from the desired position of the edge, wrinkling of the edge, and fracture in the corners. In this paper, the numerical and experimental investigation of the effect of heating the sheet during the flexible roll-forming process on the spring back defect was discussed. For this purpose, the simulation of the thermomechanical finite elements of the process was carried out in Abaqus software. Experimental tests were conducted using a flexible roller forming machine made in Shahid Rajaee University of Tehran along with additional local heating mechanisms in five temperatures 25, 100, 200, 300, and 400 to validate the simulation results. A laser thermometer was used to measure the sheet temperature. To prevent laser light reflection and error in temperature calculation, the sheet was matted by carbon coating. Results showed that with the increase in temperature, the spring back compared to forming at ambient temperature decreased in both types of aluminum, and with the increase of yield strength, the spring back increased. By increasing the temperature up to 400°C compared to the ambient temperature, the spring back in thickness 1mm and 1.5mm, decreased by 33.5 and 41.2%, respectively; also, the comparison of simulation and experimental results showed a good agreement.

    Keywords: Spring Back, Flexible roll forming, local heating
  • Hamidreza Banooei, Mohammadreza Farahani * Pages 45-54
    Turbine engines mainly have non-homogeneous welded joints with various fusion-welding methods. In this research, the input energy was investigated as the main parameter with different in the voltage and beam current with welding speed of 6mm/s and focal radius of 1mm of the electron beam welding process. The connection quality of the samples after welding was determined with three characteristics of tension test and welding geometry along with examination of the fracture surface. It was observed that with the increase of input energy, the depth of penetration and the tensile strength of the connection increased. In this tensile test, three samples showed a tensile load of more than 80% of the base metal. It was also shown that failure in all the samples occurred from the interface area of 4140 steel with the fusion zone. With the increase of input energy, the heat affected zone increases. Comparing two samples with the same voltage and different beam current, and two samples with the same beam current and different voltage, shown that the influence of the beam current on the joint strength is significantly higher than the effects of beam voltage. Fractography shown that for the beam energy higher than 230 J / mm, the weld flexibility decreases. It can be explained by the high temperature and fast cooling rate in fusion zone for this sample. It was also shown that the acceptable tensile strength and suitable depth of penetration obtained in V40I40 sample with the beam energy of 267 J / mm.
    Keywords: Electron beam, welding EBW, Tensile load, Inconel-713LC, AISI-4140