فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال پنجم شماره 2 (تابستان 1397)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال پنجم شماره 2 (تابستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/07/30
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدرضا سلطانی، امیر عطریان * صفحات 1-8
    در این پژوهش رفتار کششی دما بالای نانوکامپوزیت Al-3 vol% SiC مورد بررسی قرار گرفته است. جهت ساخت نمونه ها، نانوذرات تقویت کننده کاربید سیلیکون (SiC) به همراه ذرات آلومینیوم (Al) خالص (6/99%) به عنوان زمینه توسط آسیاب سایشی مخلوط شدند. مخلوط حاصل سپس تحت فرآیند پرس سرد و اکستروژن گرم در دمای 500 درجه سانتیگراد قرار گرفت. پس از فرآیند اکستروژن و نمونه سازی، رفتار کششی در دماهای مختلف به همراه اندازه گیری چگالی و همچنین مشاهدات ریزساختاری مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل نشان دهنده بهبود 40 درصدی استحکام نهایی کششی نانوکامپوزیت Al-3vol%SiC در مقایسه با نمونه تقویت نشده در دمای محیط بود. همچنین، افزایش دما حین آزمون کشش تا 270 درجه سانتی گراد منجر به افزایش حداکثر کرنش قابل تحمل گردید. این افزایش دما همچنین، کاهش استحکام نهایی کششی نمونه تقویت نشده و نانوکامپوزیت Al-3 vol% SiC را به ترتیب برابر 50% و 44% به دنبال داشت. مشاهده سطوح شکست نیز نشان داد در نمونه تقویت نشده با افزایش دما، نوع شکست از ترد به نرم تغییر می کند ولی برای نمونه نانوکامپوزیت، نوع شکست همچنان ترد باقی می ماند.
    کلیدواژگان: متالورژی پودر، اکستروژن گرم، آلومینیوم، نانوکامپوزیت، حرارت
  • داریوش بهارلویی، محمد مهدی ابوترابی * صفحات 9-17
    استفاده از کامپوزیت ها در صنایع هوافضا به دلیل خواص منحصربفرد آن ها به طور گسترده ای رو به افزایش است تا آنجا که در برخی از هواپیماها بیش از نیمی از وزن هواپیما را مواد کامپوزیتی تشکیل می دهد. فرآیند سوراخکاری یکی از پرکاربردترین عملیات ماشینکاری به منظور مونتاژ قطعات کامپوزیتی و اتصال آن ها به یکدیگر است. تورق و خطای قطری سوراخ از مهم ترین عیوبی است که در هنگام سوراخکاری کامپوزیت های تقویت شده با الیاف، ایجاد و باعث کاهش کارایی سازه کامپوزیتی می شود. هدف از انجام این پژوهش، بررسی تاثیر زاویه سر مته و اندازه لبه برنده عرضی مته پیچشی بر تورق و خطای قطری سوراخ در سوراخکاری ورق نازک کولار-اپوکسی با صفحه پشتیبان است. آزمایش ها به صورت فاکتوریال کامل و در 3 سطح برای نرخ پیشروی و 3 سطح برای سرعت برشی مته طراحی و انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد که کمترین میانگین خطای قطری سوراخ در سوراخکاری با مته پیچشی با زاویه راس 135 با لبه برنده عرضی مته و کمترین میانگین فاکتور تورق در سوراخکاری با مته پیچشی با زاویه 135 بدون لبه برنده عرضی مته به دست می آید.
    کلیدواژگان: سوراخکاری، تورق، خطای قطری سوراخ، کولار 49، مته
  • سید محمدرضا خلیلی، محسن زارعی، رضا اسلامی فارسانی *، محمدرضا زمانی صفحات 18-25
    تشکیل میکروترک ها در ساختار مواد مهندسی از جمله کامپوزیت ها یکی از رایج ترین دلایل واماندگی آن ها می باشد. از طرفی تکنیک های بازرسی و نگهداری مشکل و پر هزینه می باشند، همچنین در بعضی موارد حتی اگر بازرسی ها و تشخیص به درستی انجام شود، همواره امر ترمیم ممکن نیست. از این رو مهندسان از خودترمیمی در سیستم های بیولوژیکی الهام گرفته و از این موضوع برای ترمیم مواد مختلف از جمله کامپوزیت ها استفاده کرده اند. در این پژوهش با بهره گیری از روش های خودترمیمی، به ترمیم میکروترک ها و آسیب های ایجاد شده در یک کامپوزیت اپوکسی- الیاف شیشه پرداخته شده است. بدین منظور از یک سری میکرولوله های توخالی شیشه ای برای ایجاد مکانیزم ترمیم شوندگی استفاده شد. این میکرولوله ها با نوعی ماده ترمیمی که یک رزین دوجزئی می باشد، پر شدند. هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر سیکل های گرمایشی بر زمان ترمیم در این کامپوزیت هاست. بدین منظور سیکل های حرارتی متوالی (1، 3 و 5 سیکل) در محدوده دمایی 25 تا 70 درجه سانتی گراد پس از ایجاد آسیب در نمونه، اعمال شدند. نتایج آزمون کشش بیانگر آن بود که بازده ترمیم 86 درصدی که با گذشت 7 روز بدست آمده، تقریبا با اعمال 5 سیکل گرمایشی در محدوده دمایی یاد شده با گذشت تنها 1 روز حاصل می شود.
    کلیدواژگان: کامپوزیت اپوکسی- الیاف شیشه، پدیده خودترمیمی، سیکل های گرمایشی، رفتار کششی
  • حبیب دارابی بختیار، عباس پاک * صفحات 26-33
    جوشکاری فراصوتی یک روش نوین و اقتصادی برای اتصال قطعات از جنس مواد گرمانرم مانند پلاستیک، منسوجات و مواد غیرهمجنس به ویژه درتولید انبوه و با کیفیت است. مهم ترین ویژگی های جوشکاری فراصوتی که آنرا از روش های دیگر جوشکاری و اتصال مواد گرمانرم متمایز می کند حداقل تاثیر گذاری بر ساختار مواد، تمیزی و استحکام بالای اتصال به همراه سرعت زیاد انجام فرآیند است. انتقال دهنده و ابزار از اجزای اصلی سیستم جوشکاری فراصوتی هستند که علاوه بر انتقال امواج و تمرکز مناسب انرژی، فشار لازم برای نگهداری سطوح اتصال ذوب شده به منظورتشکیل جوش را تامین می کنند. در این پژو هش طراحی و مدلسازی ابزار غلتکی جوشکاری پیوسته با استفاده از روش عددی اجزا محدود توسط نرم افزار ABAQUS 6. 12 انجام شده است. مقدار فرکانس طبیعی و شکل مود و سایر پارامترهای طراحی و رفتار مجموعه در حین اعمال نوسانات برای 4 نوع ابزار غلتکی مختلف شامل نوع مخروطی شیاردار، پله ای شیاردار، پله ای بدون شیار و نوع زنگوله ای شبیه سازی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که انتقال دهنده پله ای بدون شیار بیشترین ضریب تقویت را دارد لیکن توزیع جابجایی شعاعی در ابزار و انتقال دهنده های مخروطی و پله ای نوع شیار دار نسبت به سایر ابزارها غیر یکنواخت تر می باشد. همچنین در ابزار و انتقال دهنده نوع پله ای بدون شیار و زنگوله ای بازده تبدیل نوسانات طولی به شعاعی بالاتر و توزیع جابجای شعاعی به صورت یکنواخت تر می باشد که در نتیجه شرایط طراحی بهینه را بهتر تامین نموده است.
    کلیدواژگان: جوشکاری فراصوتی پیوسته، مواد گرما نرم، ابزار غلتکی، انتقال دهنده، شبیه سازی اجزا محدود
  • محسن برمکی، کامران امینی * صفحات 34-42
    در این پژوهش به بررسی ساختار میکروسکوپی، فاز شناسی، سختی و رفتار سایشی فولاد ساده کربنیSt52 روکش کاری شده با الکترود پرکروم-کربن با و بدون استفاده از لایه میانی فولاد زنگ نزن آستنیتی309 پرداخته شده است. جهت روکش کاری از روش جوشکاری قوسی فلز روپوش دار (SMAW) و روش جوشکاری قوسی تنگستن گاز (GTAW) استفاده شده است. برای بررسی ریز ساختار از میکروسکوپ نوری، الکترونی و آنالیز EDS و جهت بررسی سختی و مقاومت سایشی از آزمون ریزسختی سنجی ویکرز و سایش به روش رفت و برگشتی استفاده گردید. یافته های پژوهش نشان داد که ساختار در سطح نمونه های روکش کاری شده متشکل از کاربیدهای M7C3 و زمینه یوتکتیک "γ+" "M" _"7" "C" _"3" است. همچنین در نمونه روکش کاری شده با لایه میانی309 در مقایسه با نمونه ی یک پاس کسر حجمی کاربیدها افزایش یافته است. دلیل این موضوع در ارتباط با کاهش رقت آهن و افزایش رقت کروم در نمونه با لایه میانی309 و به طبع آن افزایش کسر حجمی کاربیدهای M7C3 است. افزایش درصد کاربیدها در نمونه با لایه میانی309 باعث افزایش سختی و به طبع آن افزایش مقاومت به سایش در مقایسه با نمونه ی یک پاس میگردد، به نحوی که سختی سطح و کاهش وزن در آزمون سایش از 780HV و 3. 7mg در نمونه بدون لایه میانی (یک پاس) به 945HV و 2mg در نمونه با لایه میانی309 می رسد. با بررسی سطوح سایش یافته نمونه ها، مشخص گردید که مکانیزم سایش از نوع چسبان می باشد. با افزایش سختی در نمونه با لایه میانی از میزان سایش چسبان کاسته شده است.
    کلیدواژگان: الکترود پرکروم-کربن، فولاد ساده کربنیSt52، لایه میانی فولاد زنگ نزن309، سخت کاری سطحی، سایش
  • تورج عزیززاده، میر سعید صفی زاده * صفحات 43-49
    روش نشتی شار مغناطیسی متداولترین روش برای تشخیص خوردگی در خطوط انتقال گاز است. بازرسی خطوط لوله معمولا با استفاده از پیگهای هوشمند انجام می شود. پیگ هوشمند دارای تعدادی سیستم مغناطیس کننده برای مغناطیس کردن جداره لوله می باشد. در مکانهایی که عیوب وجود دارند، میدان مغناطیسی نشت می کند. مقدار این میدان نشتی توسط سنسورهای اثر هال اندازه گیری شده و برای تحلیل عیوب استفاده می گردد. در پژوهش های اخیر، طراحی مغناطیس کننده مناسب جهت بهبود احتمال تشخیص عیوب در روش نشتی شار مغناطیسی بسیار مورد توجه پژوهشگران بوده است. در این پژوهش، ابتدا شبیه سازی تست نشتی شار مغناطیسی بر اساس معادلات ماکسول در نرم افزار کامسول انجام شد. قطعه تحت بررسی از جنس کربن استیل با ضخامت 10 میلی متر بود و بر روی آن دو خوردگی پیتینگ با عمق های متفاوت (4 و 6 میلی متر) شبیه سازی شدند. سپس سیگنالهای نشتی شار مغناطیسی بدست آمده از این عیوب بررسی شدند. پس از انجام شبیه سازی ها و بدست آوردن ابعاد سیستم مغناطیس کننده، سیستم نشتی شار مغناطیسی طراحی و ساخته شد. ابتدا به منظور اعتبار سنجی، نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیدند. نتایج مقایسه نشان می دهد که تطابق خوبی بین نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی وجود دارد. خطای نسبی حدود 9% است. در نهایت تست نشتی شار مغناطیسی بر روی قطعه حاوی عیوب پیتینگ با عمقهای متفاوت انجام شده و تصویر سی-اسکن بدست آمد. تصویر سی-اسکن بدست آمده، برای شناسایی نوع عیب و تعیین ابعاد آن استفاده می گردد.
    کلیدواژگان: مدلسازی المان محدود، نشتی شار مغناطیسی، خطوط انتقال گاز
|
  • Mohammadreza Soltani, Amir Atrian * Pages 1-8
    In this study, high-temperature tensile behavior of Al-3 vol% SiC nanocomposite is investigated. To fabricate the samples, SiC nano reinforcements and Al matrix were mixed using an attrition milling. The mixed powders were then subjected to cold pressing and hot extrusion at temperature of 500° C. Tensile behavior at different temperatures along with density measurement and microstructural examinations were studied. The results represent a 40% improvement in ultimate tensile strength of Al-3vol% SiC nanocomposite in comparison with non-reinforced sample at ambient temperature. Also, a rise in temperature up to 270 ° C during the tensile test led to an increase of the maximum elongation. Moreover, this temperature rise caused to 50% and 44% reduction of ultimate tensile strength of non-reinforced and nanocomposites samples, respectively. Fractured surfaces also showed that the in non-reinforced sample with increasing the temperature, brittle fracture changes to ductile fracture however, for nanocomposite sample the fracture remains brittle.
    Keywords: Powder metallurgy, Hot extrusion, Aluminum, Nanocomposite, Temperature
  • Dariush Baharlooey, Mohamadmehdi Abootorabi * Pages 9-17
    The use of composites in the aerospace industries is widespread due to their unique properties, as in some planes, more than half the weight of the aircraft is composed of composite materials. Drilling is one of the most widely used machining operations to assemble composite parts and connect them to each other. Delamination and hole diameter errors are the most important defects that occur during drilling of fiber-reinforced composites which reduce the efficiency of composite structures. The purpose of this research is to investigate the effect of twist drill point angle and size of chisel edge on delamination and diameter error of the hole in drilling of a thin sheet of Kevlar/epoxy composite with a supporter plate. The experiments were designed and implemented with full factorial design and in 3 levels for feed rate and 3 levels for cutting speed. The obtained results showed that the lowest mean diameter error of the hole is obtained in drilling with a 135-degree point angle drill with chisel edge and the lowest mean delamination factor in drilling is obtained with a 135-degree point angle drill without the chisel edge.
    Keywords: Drilling, Delamination, Hole diameter error, Kevlar 49, Drill
  • Seyed Mohammad Reza Khalili, Mohsen Zarei, Reza Eslami, Farsani *, Mohammad Reza Zamani Pages 18-25
    Micro-cracks creation in material’s structures including composites is one of the most common failure reasons of those materials. On the other hand, inspection and maintenance techniques are difficult and expensive. Also in some occasions even if inspections and detection were implemented correctly, the self-healing action is not always possible. Nevertheless, engineers were inspired by self-healing action in biological systems and used this innovation for the healing of different kinds of materials such as composites. In this study, using the self-healing approaches, micro-crack and damage healing of a epoxy-glass fibers composite were under consideration. So one series of hollow glass micro-tubes were used to fabricate self-healing mechanism. These micro-tubes were filled by one self-healing agent which is one two-part resin. The aim of the present study was to investigate the effect of heating cycles over time is restored in the composite. So consecutive temperature cycles (1, 3 and 5 cycles) in temperature were implemented in the range of 25-70 °C after damage creation in the sample. The results of tension tests show that a 86% healing efficiency can be gained after 7 days almost with 5 cycles of heat in mentioned temperature range only after one day.
    Keywords: Epoxy-glass fiber composite, Self-healing phenomenon, Heating cycle, Tensile behavior
  • Habib Darabi Bakhteyar, Abbas Pak * Pages 26-33
    mass and high quality production assembly parts. The most important and distinguished property of this method to other fabrics and plastic sewing methods is the minimum destruction of materials and fibers because the maximum produced heat occurs in the contact interface. Horn is one of the basic parts of the ultrasonic welding which in addition on the transmitting waves and appropriate energy concentration, provides the necessary pressure to keep the melted joint interfaces together in order to form a weld. The purpose of this paper is to study the design of a roller type tool by numerical method using finite element method. In this research, the design and modeling of continuous welding roller tools was performed using numerical finite element method by ABAQUS 6.12 software. By simulating and analyzing include natural frequency and harmonic analysis, the frequency, mode shape and other design parameters and behavior of the collection during applying oscillations for 4 types of horns include conical integrated, stepped with grooves integrated, stepped without grooves integrated and bell-like horn were derived. The result of the different horns shows that the stepped without groove horn has the highest gain, but the radial displacement distribution in the conical integrated and stepped with groove horns is more non-uniform than other horns. Also, in the stepped without groove and bell-like horn, the efficiency of the conversion of longitudinal to radial displacement and the uniform distribution of radial displacement is more uniform, which results in better optimal design conditions.
    Keywords: Continuous Ultrasonic Welding, Thermoplastic Materials, Roller Tool, Horn, FEM Modeling
  • mohsen barmaki, kamran Amini * Pages 34-42
    IIn this research, the microstructure, phase-analysis, hardness and wear behavior of cladded carbon steel of St-52 by a high chromium-carbon electrode with or without using 309-stainless steel as a middle layer are investigated. Cladding process is performed by shield-metal arc welding (SMAW) and gas-tungsten arc welding (GTAW) methods. In order to evaluate of microstructure, the optical and scanning electron microscopies along with EDS analyses are used. In addition, hardness measurement and wear behavior are conducted by micro-Vickers hardness and dry- sliding wear test, respectively. The research findings show that the microstructure of cladded samples are consisted of M7C3 carbides into the eutectoid matrix of Ɣ+ M7C3. Additionally, the volume fraction of carbides are increased at the cladded sample with middle layer of 309-stainless steel as opposed to other samples. Increasing of carbides percentage at the cladded samples with middle layer are caused to enhanced of hardness and wear resistance with comparing to other samples. In this case, the surface hardness and weight loss of wear test are achieved from 780HV and 3.7mg to 945HV and 2mg at the cladded sample without and with middle layer of 309-stainless steel, respectively. Moreover, examining the wear surfaces indicated the occurrence of an adhesive wear mechanism in the specimens. Also, by increasing the hardness in middle layer sample the amount of adhesive wear decreased.
    Keywords: High Chromium-Carbon Electrode, St-52 Carbon Steel, Middle Layer of 309-Stainless Steel, Hardfacing, Wear
  • Turaj Azizzadeh, Mir Saeed Safizadeh * Pages 43-49
    The magnetic flux leakage technique (MFL) is a widely used method for corrosion detection in the gas pipelines. The inspection of pipelines is typically performed using intelligent PIGs. The MFL intelligent PIG is equipped with an array of magnetizers responsible for inducing a magnetic field in the pipeline wall. The magnetic field leaks out of the pipeline wall at the locations where defects are present. The magnitude of the leakage magnetic field is measured by Hall-effect sensors and used for analysis of defects. In recent studies, the design of the appropriate magnetizer, as a technique to improve the probability of detection of the MFL, has been of great interest to the researchers. In this study, the simulation of the MFL technique was carried out based on Maxwell equations and in 3D using COMSOL software. The specimen under test was a carbon steel plate with a thickness of 10mm, which contained two pitting defects with various depths of 4mm and 6mm. Then, the MFL signals obtained from the defects were analyzed. Following the finite element modeling and obtaining the magnetizer dimensions, MFL system was designed and manufactured. First, the FEM results were experimentally validated. The results of the comparison indicated that there was a good agreement between experiments and FEM. The mean error was below 9%. Finally, MFL experiments were carried out and C-scans from the defects of different depths were obtained. The C-scans can be used for characterization of the defects.
    Keywords: Finite element modeling, MFL, Gas pipelines