فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال نهم شماره 10 (دی 1401)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال نهم شماره 10 (دی 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مهدی زمانی، محمد ابونجمی*، سید رضا حسن بیگی صفحات 1-10

    تشخیص عیب ماشین های دوار نقشی اساسی در قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم های صنعتی جدید ایفا می کند. دنده ها به عنوان بخش حیاتی از اجزاء ماشین های صنعتی به شمار می آیند، به نحوی که عیوب این اجزاء موجب بروز آسیب های جبران ناپذیری در فرایندهای صنعتی می گردد. امروزه بسیاری از محققان در خصوص تشخیص عیب دنده ها با استفاده از تحلیل داده های آکوستیکی مطالعاتی انجام می دهند. در این پژوهش به منظور اخذ داده های آکوستیکی از یک جعبه دنده نمونه، سیستمی ساخته و توسعه داده شد؛ سپس برخی از عیوب شایع در دندانه جعبه دنده به صورت مصنوعی ایجاد گردید. در این پژوهش جهت تشخیص هارمونیک های فرکانس درگیری چرخ دنده و خانواده ساید باندهای ایجاد شده از روش تحلیل کپستروم استفاده شد. در بررسی اولیه انجام شده با روش تحلیل کپستروم و در بازه 0 تا 25/0 ثانیه راهمونیک های مربوط به محور جعبه دنده مشخص گردید؛ سپس به منظور تشخیص عیب چرخ دنده، با تحلیل بازه 0 تا 0002/0 ثانیه عیوب مربوط به دندانه به وضوح قابل مشاهده و پیگیری گردید. بر اساس نتایج به دست آمده در این پژوهش با مشاهده افزایش دامنه در راهمونیک های اول و پنجم می توان عیوبی مانند شکستگی و ساییدگی دندانه یک چرخ دنده را تشخیص داد. نتایج به دست آمده، موثر بودن روش ارایه شده جهت تشخیص عیب در جعبه دنده و جلوگیری از هزینه های غیرمنتظره را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: جعبه دنده، داده های آکوستیکی، تشخیص عیب، تحلیل کپستروم
  • وحید مدانلو*، حسین طالبی قادیکلایی، بهنام آخوندی، احمد مشایخی، فرزاد احمدی خطیر، علی زین العابدین بیگی صفحات 11-20
    یکی از اهداف اصلی در تولید محصولات ورقی با استفاده فرایند هیدروفرمینگ، دستیابی به کمترین نازک شدگی و نیروی شکل دهی لازم می باشد. در این مقاله، با استفاده از روش طراحی آزمایش و تحلیل اجزای محدود، فرایند شکل دهی ورق مسی با روش کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا با استفاده از طراحی آزمایش به روش تاگوچی، آزمایش های لازم طراحی شده است. در این طراحی، فشار بیشینه سیال، سرعت سنبه، ضریب اصطکاک سنبه با ورق، ضریب اصطکاک قالب با ورق، فاصله بین ورق گیر و ماتریس، شعاع گوشه سنبه، شعاع گوشه ماتریس و فشار پیش بشکه ای به عنوان متغیرهای ورودی و نسبت نازک شدگی و نیروی سنبه، به عنوان توابع پاسخ در نظر گرفته شدند. در ادامه با استفاده از روش اجزای محدود، آزمایش های طراحی شده به کمک مدل اجزای محدود صحت سنجی شده اجرا و خروجی های مورد نظر استخراج شدند. در پایان با انجام بهینه سازی به روش تاگوچی، سطوح بهینه پارامترهای ورودی به دست آمده و سپس آزمایش های تاییدی با استفاده از شبیه سازی اجزای محدود انجام شدند. نتایج نشان می دهد که پارامترهای شعاع گوشه سنبه و شعاع گوشه ماتریس، مهم ترین پارامترها برای تابع پاسخ نازک شدگی هستند. همچنین فشار بیشینه سیال، تاثیرگذارترین پارامتر بر نیروی سنبه می باشد.
    کلیدواژگان: کشش عمیق هیدرودینامیکی، فشار شعاعی، بهینه سازی، روش تاگوچی، اجزا محدود
  • عباس پاک*، علی شیرین آبادی فراهانی، علیرضا شهیدی صفحات 21-27
    امروزه استفاده از فناوری های نوین در شستشوی قطعات به دلیل مشکلات روش های شستشوی سنتی مانند کیفیت ‏پایین شستشو، عدم تکرار پذیری، ایمنی کم، خوردگی تجهیزات، سرعت پایین و مشکلات زیست ‏محیطی مورد توجه صنایع مختلف قرار گرفته است. استفاده از فرایند شستشو با امواج فراصوتی یکی از روش های نوین شستشوی قطعات به صورت ایمن، سریع، با کیفیت و ‏سازگار با محیط زیست است. لذا بهینه سازی و توسعه این فرایند شستشوی توسط محققین ضرورت پیدا کرده است. هدف از این پژوهش طراحی، مدل سازی و معرفی یک سیستم جدید شستشوی بهینه و پیوسته فراصوتی جهت بهبود کیفیت شستشو با استفاده از امواج فراصوتی است. در این تحقیق شبیه سازی با استفاده از روش عددی اجزاء محدود و با انجام تحلیل های مودال، هارمونیک و تحلیل گذرا دینامیک سیال محاسباتی در نرم افزار اجزا محدود ANSYS 15 انجام شده است. در این مقاله پس از به دست آوردن فرکانس های طبیعی و شکل مودهای نوسانی با اعمال تحریک هارمونیک، مقدار جابه جایی نقاط مختلف مشخص می شود؛ سپس با اعمال این جابه جایی به سیال، میدان فشار ایجاد شده در سیال داخل محفظه شبیه سازی و محدوده اثر بخشی شستشو با مقایسه فشار آکوستیک ایجاد شده مشخص شده است. مخزن شستشوی فراصوتی مدل سازی شده با 9 عدد مبدل نوسانات مافوق صوت با فرکانس تشدید 5/26 کیلوهرتز و توان 100 وات با چیدمان مارپیچ ساخته و مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج به دست آمده عملکرد مناسب سیستم شستشوی طراحی و ساخته شده را نشان می دهد؛ همچنین نتایج به دست آمده بیان می کند که شبیه سازی با روش اجزا محدود قابل اعتماد و روش مناسبی برای طراحی و بهینه سازی مخزن های شستشوی فراصوتی می باشد.
    کلیدواژگان: شستشوی فراصوتی، مدل سازی، کاویتاسیون، شستشوی پیوسته، تحلیل هارمونیک
  • پوریا رئیسی*، علی محمد کلاگر، محمد چراغزاده، محمدجواد میرنیا صفحات 28-41

    در سال های اخیر، فرایند هیدروفرمینگ برای ساخت قطعات پیچیده از قبیل محفظه احتراق و بافل پره ثابت توربین گاز که فرایند شکل دهی مواد به خصوص ورق های سوپرآلیاژ در آن ها نقش کلیدی دارد، مورد توجه صنایع نیروگاهی قرار گرفته است. همچنین این فرایند به عنوان یک فرایند تکمیلی و سایزینگ در انتهای فرایندهای ساخت جهت افزایش دقت ابعادی مجموعه مونتاژ شده نیز مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش، به بررسی فرایند هیدروفرمینگ لوله از جنس فولاد زنگ نزن AISI304 جهت ساخت بافل پره ثابت توربین گاز پرداخته شده است. پیش از انجام آزمون های آزمایشگاهی و برای ارزیابی دقیق تر، فرایند هیدروفرمینگ لوله در سه مرحله پیش فرم لوله، عملیات حرارتی لوله پیش فرم شده و در نهایت انجام فرایند هیدروفرمینگ در قالب نهایی شبیه سازی گردید و در این راستا یک مدل عددی شبیه سازی اجزا محدود در محیط کد تجاری آباکوس توسعه داده شد. در ادامه نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و مطابقت خوبی بین آن ها مشاهده گردید. همچنین بهترین حالت تغییر فرم جهت دست یابی به فرم نهایی بافل، انجام هیدروفرمینگ لوله پیش فرم آنیل شده در فشار روغن 100 بار به دست آمده است.

    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ، شبیه سازی عددی، فولاد زنگ نزن AISI304، بافل پره ثابت توربین گاز
  • هادی سلیمانی، محمدرضا نخعی* صفحات 42-54
    در این مقاله، از فرایند اصطکاکی اغتشاشی (FSP) برای افزودن درصدهای وزنی متنوع از نانوذرات کاربید سیلیسیم (SiC) به فاز پایه PA6/NBR استفاده شد. همچنین به کمک روش سطح پاسخ (RSM) براساس طرح باکس-بنکن، تاثیر سه متغیر سرعت چرخش ابزار دورانی (ω)، سرعت خطی ابزار (V) و درصد وزنی نانوذره کاربید سیلیسیم (S) بر خواص مکانیکی (مدول یانگ و استحکام ضربه ای) مورد بررسی قرار گرفت. به منظور چگونگی پراکندگی نانوذرات در فاز پایه و اثر افزودن آن ها بر ریزساختار ترموپلاستیک الاستومر PA6/NBR، از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بهره گرفته شد. علاوه بر این، با استفاده از آزمون های گرماسنجی تفاضلی روبشی (DSC) و آنالیز حرارتی (TGA)، خواص حرارتی نمونه های PA6/NBR/SiC با درصدهای مختلف وزنی از نانوذرات کاربید سیلیسیم بررسی شد. مقادیر به دست آمده از معادلات رگرسیون نشان داد در شرایطی که سرعت چرخش ابزار دورانی 1200 دور بر دقیقه، سرعت خطی ابزار 20 میلی متر بر دقیقه و مقدار درصد وزنی نانوذره استفاده شده 8/3 باشد، حداکثر مدول یانگ و استحکام ضربه ای به ترتیب 18/665 مگاپاسکال و 26/62 ژول بر متر به دست خواهد آمد؛ همچنین دمای تبلور و دمای ذوب نیز به ترتیب تا مقادیر 198 و 8/222 درجه سانتی گراد افزایش خواهد یافت.
    کلیدواژگان: پلی آمید 6، آکریلونیتریل بوتادین، کاربید سیلیسیم، فرآیند اصطکاکی اغتشاشی، روش سطح پاسخ
  • مبینا احمدی، احمد اسدی نژاد* صفحات 55-61
    چارچوب های آلی کووالانسی (COFs) دسته ای از پلیمرهای آلی بلوری بوده که به دلیل تخلخل و سطح ویژه بالا و همچنین ساختار ویژه رزونانسی دارای توانمندی بالقوه بالایی در ذخیره سازی انرژی الکتروشیمیایی هستند. این مواد به وسیله بسپارش و تبلور هم زمان دو مونومر واکنش دهنده با ساختار جهت دار تهیه می شوند. هدف از این پژوهش، سنتز یک COF با کارایی مناسب بر اساس واکنش تراکمی بین مونومرهای دی آمین و تری آلدهید در فاز مایع است. چارچوب آلی سنتز شده، از دیدگاه ساختار و خواص به کمک روش های تجزیه عنصری، طیف سنجی مادون قرمز فوریه (FTIR)، آنالیز BET، پراش اشعه ایکس (XRD)، آنالیز گرماوزن سنجی (TGA) و در نهایت آزمون الکتروشیمیایی مشخصه یابی گردید. طیف سنجی FTIR، وقوع واکنش تراکمی و تشکیل پیوند کووالانسی ایمینی در اثر بسپارش مونومرها را تایید کرد. الگوهای پراش XRD نشان دادند که ماده سنتز شده دارای ساختار بلوری منظم بوده و شبکه بارز یک چارچوب آلی کووالانسی را دارد. آنالیز BET نشان داد که COF سنتز شده، متخلخل بوده و میانگین قطر حفرات در حدود nm 28 است. به علاوه، حجم کل حفرات در هر گرم ماده سنتز شده در حدود cm3 19/0 و سطح ویژه آن بالغ بر m2/g 465 است. پایداری گرمایی ماده سنتز شده توسط TGA تا °C 316 مشاهده شد. آزمون های الکتروشیمیایی نشان دادند که الکترود ساخته شده از COF سنتز شده دارای عملکرد چرخه ای خوبی بوده و ظرفیت خازنی ویژه بالایی، معادل F/g 302 در چگالی جریان A/g 1، دارا است.
    کلیدواژگان: پلیمرهای آلی متخلخل، چارچوب آلی کووالانسی، ابر خازن، ذخیره سازی انرژی
|
  • Mahdi Zamani, Mohammad Aboonajmi *, Sayed Reza Hassan Beygi Pages 1-10

    Fault diagnosis of rotary machines plays an essential role in reliability and safety of new industrial systems. Gears are considered as a vital part of the components of industrial machines, so that the defects of these components cause irreparable damages in industrial processes. Nowadays, many research workers conduct studies on the diagnosis of gear faults using data analysis. In this research, to acquire acoustic data from a sample gearbox, a system was fabricated and developed. Then, some common faults in the gearbox teeth were created artificially. In this research, cepstrum analysis method was used in order to detect the harmonics of gear mesh frequency and the family of sidebands created. In the primary investigation, the harmonics related to the gearbox shaft were identified with the cepstrum analysis method in the interval of 0 to 0.25 seconds. Then, in order to detect the faults of the gear, by analyzing in the interval of 0 to 0.0002 seconds, the faults related to the tooth were clearly visible and tracked. According to this research results by observing increase in amplitude of the first and fifth rahmonics, it is possible to detect faults such as broken and worn teeth of gears. The obtained results show the effectiveness of the presented method to diagnose the fault in the gearbox and prevent unexpected costs.

    Keywords: Gearbox, Acoustic Data, Fault Diagnosis, Cepstrum analysis
  • Vahid Modanloo *, Hossein Talebi-Ghadikolaee, Behnam Akhoundi, Ahmad Mashayekhi, Farzad Ahmadi Khatir, Ali Zeinolabedin Beygi Pages 11-20
    Achieving the minimum thinning and required forming force is one of the main purposes in the manufacturing of sheet products using the hydroforming process. This paper investigates forming of the copper sheet using the hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure via the design of experiment method and finite element (FE) analysis. Firstly, the necessary experiments have been designed using the Taguchi design of experiment method. In this design, maximum fluid pressure, punch velocity, the friction coefficient between punch and sheet, the friction coefficient between die and sheet, the gap between blankholder and die, punch nose radius, die entrance radius, and prebulge pressure were considered as input variables and thinning ratio and punch force considered as response functions. Then, designed experiments were performed using an experimental verified FE model and the desired results were obtained. Finally, the optimum levels of input variables were obtained using the Taguchi optimization method and the confirmation experiments were performed using the FE simulation. Results show that the punch nose radius and die entrance radius are the essential parameters on the thinning ratio. Also, the maximum fluid pressure is the most effective parameter on the punch force.
    Keywords: Hydrodynamic Deep Drawing, Radial Pressure, optimization, Taguchi method, Finite Element
  • Abbas Pak *, Ali Shirin Abadi Farahani, Alireza Shahidi Pages 21-27
    Nowadays, the use of new technologies in the cleaning of parts has attracted the attention of various industries due to the problems of traditional cleaning methods such as low cleaning quality, lack of repeatability, low safety, equipment corrosion, low speed and environmental problems. Using the process of cleaning with ultrasonic waves is one of the new methods of cleaning parts in a safe, fast, high-quality and environmentally friendly way. Therefore, it is necessary to optimize and develop this cleaning process by researchers. The purpose of this research is to design, model and introduce a new optimal and continuous ultrasonic cleaning tank to improve the quality of cleaning using ultrasonic waves. In this research, the simulation has been done using finite element method (FEM) and by performing static, modal, harmonic analysis and computational fluid dynamic transient analysis in ANSYS 15 software. In this article, after obtaining the natural frequencies and the shape of the vibration modes, the amount of displacement of different points is determined by applying harmonic stimulation. Then, by applying this displacement to the fluid, the pressure field created in the fluid inside the simulation tank and the effective range of cleaning have been determined by comparing the created acoustic pressure. The modeled ultrasonic cleaning tank with 9 ultrasonic transducers with a resonant frequency of 26.5 kHz and a power of 100 watts with a spiral arrangement was manufactured and tested. The obtained results show the proper performance of the designed and manufactured ultrasonic cleaning tank. Also, the obtained results show that the simulation with the finite element method is reliable and a suitable method for designing and optimizing ultrasonic cleaning tanks.
    Keywords: Ultrasonic Cleaning, Modeling, Cavitation, Continues cleaning, Harmonic analysis
  • Pouria Raissi *, Ali Mohammad Kolagar, Mohammad Cheraghzadeh, Mohammad Javad Mirnia Pages 28-41

    In recent years, the hydroforming process for manufacturing complex parts such as combustion chamber and gas turbine nozzle baffle, in which the forming process of materials, especially super alloy sheets, has a key role, has attracted the attention of power plant industries. Also, this process is used as a supplementary and sizing process at the end of the manufacturing process to increase the dimensional accuracy of the assembled component. In this research, the hydroforming process of AISI304 stainless steel tube for manufacturing of gas turbine nozzle baffle has been investigated. Before conducting the experimental tests and for a more accurate evaluation, the hydroforming process of the pipe was simulated in three stages: pre-forming the pipe, heat treatment of the pre-formed pipe and finally performing the hydroforming process in the final form, and in this regard, a numerical model was created. Finite element simulation was developed in Abaqus commercial code environment. In the following, the simulation results were compared with the laboratory results and a good agreement was observed between them. Also, the best form change mode to achieve the final form of the baffle is hydroforming the annealed preform tube at 100 bar oil pressure.

    Keywords: Hydroforming, numerical simulation, AISI304, Turbine nozzle baffle
  • Hadi Soleymani, Mohammad Reza Nakhaei * Pages 42-54
    In this article, the friction stir process (FSP) was used to add various weight percentages of silicon carbide (SiC) nanoparticles to the base phase of PA6/NBR. Also, the effect of three variables of the rotation speed tool (ω), traverse speed (V) and the weight percentage of silicon carbide nanoparticle (S) on the mechanical properties (young’s modulus and impact strength) were investigated by response surface methodology (RSM) based on the Box-Behnken design. Scanning electron microscope (SEM) was used to determine the dispersion of nanoparticles in the base phase and the effect of their addition on the microstructure of PA6/NBR thermoplastic elastomer. Moreover, the thermal properties of PA6/NBR/SiC samples with different weight percentages of silicon carbide nanoparticles were investigated by differential scanning calorimetry (DSC) and thermo gravimetric analysis (TGA). The values obtained from the regression equations showed that, under optimal conditions of the rotational speed of 1200 rpm, traverse speed of 20 mm/min and the weight percentage of nanoparticles of 3.8 wt. %, the maximum young's modulus and impact strength 665.18 MPa and 62.26 J/m, respectively could be obtained. Also the crystallization and melting temperature increased to 198 and 222.8 °C, respectively.
    Keywords: polyamide 6, Acrylonitrile butadiene rubber, Silicon carbide, Friction Stir Process, Response Surface Methodology
  • Mobina Ahmadi, Ahmad Asadinezhad * Pages 55-61
    Covalent organic frameworks (COFs) are a category of organic polymers with crystalline structure having vast potential for electrochemical energy storage due to great porosity and specific area, as well as strong resonance. The simultaneous polymerization and crystallization of two reactive monomers featuring directional bonding designs provides COFs. The purpose of the current research was to produce high-performance COFs based on condensation reaction between diamine and trialdehyde monomers in liquid state. The synthesized COFs were characterized in terms of structure and properties through Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, BET analysis, X-ray diffraction (XRD), Thermogravimetric analysis (TGA), and electrochemical performance. FTIR confirmed the successful chemical reaction between precursor monomers leading to covalent bond formation. XRD confirmed the formation of crystalline structure having typical lattice of a COF. BET analysis showed that the synthesized COF is porous, whose average pore diameter is around 28 nm, pore volume per gram is 0.19 cm3, and specific area is 465 m2/g. Thermal stability of the synthesized COF was found through TGA to be 316 °C. cyclic voltammetry, galvanostatic charge/discharge, and electrochemical impedance spectroscopy tests revealed that the electrodes made from the synthesized COFs possess satisfactory cycle performance and high-level specific capacitance (302 F/g) at current density of 1 A/g.
    Keywords: Porous organic polymers, covalent organic frameworks, Supercapacitor, Energy Storage