فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال ششم شماره 6 (آذر 1398)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال ششم شماره 6 (آذر 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید صادق درخشان، عباس نیک نژاد*، سیما ضیایی صفحات 1-11
    در این مقاله، فرآیند فرورفتگی موضعی لوله های آسیب دیده خطوط انتقال آب آشامیدنی، که توسط رزین پلی استر تعمیر شده اند و در دو حالت مختلف، تحت فشار داخلی ثابت و فشار داخلی متغیر قرار دارند، به روش آزمایشگاهی بررسی می شود. بدین منظور، یک عیب مکانیکی در جداره لوله ، ماشین کاری و سپس، بخش آسیب دیده لوله، توسط رزین پلی استر تعمیر می شود. در ادامه، جهت تزریق آب درون لوله و ایجاد فشارهای مختلف در هر تست، لوله دو سر مسدود به یک مدار هیدرولیک، متصل می شود. سپس، نمونه تحت فشار داخلی مشخص، بصورت جانبی، درون دستگاه تست یونیورسال بین یک صفحه صلب تخت و یک پانچ استوانه ای قرار می گیرد. با اعمال نیروی جانبی بر جداره نمونه ها، تست فرورفتگی موضعی شبه استاتیکی انجام می شود که تا زمان بروز اولین آثار نشتی از محل تعمیر شده، ادامه می یابد. در یک نوع تست ، فشار داخلی درون لوله، در حین آزمایش، ثابت نگهداشته می شود و در نوع دیگر، فشار داخلی، در اثر فرورفتگی تدریجی جداره لوله، به تدریج افزایش می یابد. در هر تست، فشار داخلی اولیه، الگوی تغییرشکل نمونه ، جابجایی نهایی پانچ، نیروی نهایی و میزان جذب انرژی اندازه گیری می شود. در آزمایش های فشار متغیر، فشار نهایی نیز ثبت می شود. آزمایش های فشار متغیر نشان می دهند، با افزایش فشار داخلی اولیه، مقادیر جابجایی پانچ، نیروی نهایی اعمالی و جذب انرژی کاهش می یابد، ولی در آزمایش های فشار ثابت، با افزایش فشار داخلی ثابت، مقادیر جابجایی نهایی، نیروی نهایی و جذب انرژی به ازای فشارهای کمتر از 14 بار، روند افزایشی و به ازای فشارهای بزرگتر از 14 بار، روند کاهشی را دنبال می کنند.
    کلیدواژگان: تعمیر خطوط انتقال آب، رزین پلی استر، نشتی، لوله آسیب دیده، آب آشامیدنی
  • محمد رسول صفری، محمد مهدی جلیلی*، محمد مهدی ابوترابی صفحات 12-24
    لرزه ارتعاشات خودتحریک مخربی است که در حین فرآیند ماشین کاری به وجود آمده و باعث کاهش کیفیت سطح قطعه کار، سایش ابزار و حتی آسیب به ماشین ابزار می شود. این پدیده از اثر برهم کنش ابزار و قطعه کار در حین براده برداری به وجود آمده و یکی از عوامل محدودکننده برای دستیابی به نرخ براده برداری بالا است. در این مقاله، به کمک یک مدل چهار درجه آزادی از ابزار و قطعه کار، تاثیر گیره بندی ابزار و قطعه کار بر نواحی پایداری فرآیند فرزکاری بررسی شده است. به این منظور، ابتدا دینامیک فرآیند براده-برداری با در نظر گرفتن لرزه احیاشونده و کاهش سطح تماس با مجموعه ای از معادلات دیفرانسیلی تاخیری مدل سازی و سپس پارامترهای ساختاری مدل به کمک تست مودال در گشتاورهای گیره بندی مختلف اندازه گیری شده است. در ادامه، به کمک روش گسسته سازی کامل نمودار دالان های پایداری رسم گردیده است. به منظور اعتبار سنجی، فرزکاری مخالف با درگیری 180 درجه ای (نصف درگیری) ابزار با قطعه کار انجام گرفته و عمق برش بحرانی در سرعت های مشخص اسپیندل و در حالت های متفاوت از گشتاور گیره بندی به روش تجربی بدست آمده و با نتایج تئوری مقایسه شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که مرز پایداری بدست آمده از روش گسسته سازی کامل، دقت مناسبی برای پیش بینی نواحی پایداری دارد. گیره بندی ابزار و قطعه کار بر مرز نواحی پایداری تاثیر گذار است؛ به گونه ای که افزایش گشتاور گیره بندی باعث افزایش کمینه عمق برش بحرانی در فرآیند فرزکاری می شود. همچنین افزایش گشتاور گیره بندی باعث کاهش دامنه نوسانات سیستم در حالت پایدار و ناپایدار در یک بازه ی زمانی مشخص می شود.
    کلیدواژگان: لرزه، فرزکاری، گیره بندی ابزار و قطعه کار، روش گسسته سازی کامل، نمودار دالان های پایداری
  • روح الله پناهی لیاولی، محمد بخشی*، حمید گرجی، محمد جواد میرنیا صفحات 25-33

    ورق های جوش دوخت شده از اتصال لب به لب ورق های پایه به روش های مختلف جوشکاری تولید می شوند. این ورق ها تحت عنوان ورق های ترکیبی یا جوش دوخت شده وجود داشته و به دلیل مزایای متعدد، کاربرد های فراوانی در بخش های مختلف صنعت پیدا کرده اند. در این پژوهش، شکل پذیری و تاثیر راستای خط جوش ورق های جوش دوخت شده توسط لیزر از جنس های St12 و St14 به ضخامت های 1 mm و1.5 mm در فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای قطعاتی به فرم هرم ناقص، مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا بیشترین عمق قابل شکل دهی در شکل دهی تدریجی تک نقطه ای یک هرم ناقص از هر کدام از ورق های پایه به ازای مقادیر مختلف زاویه دیواره به دست آمد و زاویه دیواره بحرانی برای هر کدام از آن ها تعیین شد. سپس، شکل دهی تدریجی هرم ناقص با استفاده از ورق های جوش دوخت شده در محدوده زاویه دیواره بحرانی ورق های پایه انجام گردید. در این راستا، ورق های ترکیبی با چیدمان و ترکیب های مختلف از ورق های پایه در نظر گرفته شد. جهت بررسی تاثیر راستای خط جوش در عمق شکل دهی، هر ترکیب با دو راستای خط جوش 0 و 45 درجه نسبت به جهت نورد تهیه گردید. نتایج آزمایش نشان داد که عمق پارگی ورق های جوش دوخت شده در راستای 45 درجه، نسبت به ورق های با خط جوش در راستای نورد بطور میانگین 14 درصد کاهش یافت. همچنین، میانگین عمق شکل دهی ورق های جوش دوخت شده در زاویه متوسط حد بحرانی دیواره ورق های پایه به حدود 25 درصد ورق های پایه کاهش می یابد. بنابراین، ورق های ترکیبی باید در زاویه دیواره حد بحرانی خودشان شکل دهی شوند.

    کلیدواژگان: شکل پذیری، شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، ورق های ترکیبی
  • محمد قربانی، محمدرضا موحدی* صفحات 34-43
    در فرآیند فرزکاری قطعات با سطوح تندیس وار، انحناهای سطح به عنوان یکی از بارزترین ویژگی های هندسی آن می تواند بر نیروهای فرزکاری و در نتیجه بر دقت ابعادی قطعه نهایی تاثیرگذار باشد. در این مقاله با ارائه مدلی تحلیلی برای استخراج ناحیه درگیری ابزار فرز انگشتی سرکروی و سطح تندیس وار، به گونه ای که فرم صریح انحناهای سطح را در بر داشته باشد، به مطالعه اثر انحناها بر نیروهای فرزکاری پرداخته می شود. به این منظور، ابتدا نیروهای فرزکاری با استفاده از مدل مکانیستیک و با به کارگیری روش تبدیل از حالت متعامد به مایل برای محاسبه ضرایب برشی مدل سازی می شوند. سپس، با مقایسه نتایج حاصل از مدل با نتایج موجود در مراجع معتبر به صحه گذاری آن پرداخته می شود. در ادامه با انجام مطالعات پارامتریک، اثر انحناهای سطح و عمق درگیری بر نیروهای فرزکاری بررسی می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در عمق درگیری ثابت، انحناهای سطح در نواحی مقعر بیشترین تاثیر، در نواحی زینی شکل حالت میانی و در نواحی محدب کمترین تاثیر را بر نیروها دارند. همچنین، در مقادیر مشخص از انحناهای سطح، اثر انحناها بر نیروهای فرزکاری با کاهش عمق درگیری افزایش می یابد. به عبارت دیگر، با کاهش عمق درگیری، صرف نظرکردن از انحناهای سطح خطای نسبی بزرگتری را در نتایج وارد می کند. همچنین، نتایج به دست آمده نشان می دهند که انحنای سطح در صفحه عمود بر مسیر حرکت ابزار اثر بزرگتری بر نیروهای فرزکاری نسبت به انحنای سطح در امتداد مسیر دارد.
    کلیدواژگان: سطح تندیس وار، فرز انگشتی سرکروی، انحناهای سطح، فرزکاری
  • سجاد صیفوری*، سید علیرضا فاطمی صفحات 44-50
    صفحات کامپوزیت های در حین دریل کاری تحت تمرکز تنش قرار می گیرند و مستعد لایه لایه شدن هستند. در این پژوهش اثر سرعت پیشروی مته و همچنین قطر مته در فرآیند سوراخکاری صفحات کامپوزیتی بصورت تجربی بررسی شده است. برای این هدف دو نوع کامپوزیت مختلف فیبر شیشه و فیبر کربن به ضخامتهای متفاوت در ازمایشگاه ساخته شده و عملیات سوراخکاری بر روی آنها در 54 حالت مختلف صورت گرفته است. سپس از لبه های سوراخ شده عکس برداری شده و توسط پردازش تصویر دیجیتال میزان لایه لایه شدگی در حالتهای مختلف محاسبه و سپس مقایسه شده است. سرعت پیشروی بهینه سرعتی حدود 200 میلیمتر بر دقیقه برای کامپوزیت با فیبر کربن و حدود 125 میلیمتر بر دقیقه برای کامپوزیت با فیبر شیشه برای سرعت دوران 800 دور در دقیقه می باشد. با افزایش ضخامت کامپوزیت ها کاهش معیارهای لایه لایه شدگی مشاهده می شود، بطوریکه با افزایش ضخامت کامپوزیت کربن و شیشه به 4 میلیمتر با افزایش قطر مته، مساحت سطح لایه لایه شدگی در سرعت پیشروی یکسان، کاهش یافته است. همچنین در اکثر موارد رابطه مستقیمی بین مساحت ناحیه آسیب دیده و سرعت پیشروی وجود دارد.
    کلیدواژگان: سوراخکاری، لایه لایه شدگی، کامپوزیت شیشه، کامپوزیت کربن
  • مهران چرخی، غلامرضا فغانی، داود اکبری*، مقصود شلوندی صفحات 51-63
    در این مقاله رفتار مکانیکی- حرارتی فرآیند جوشکاری ذوبی برای تعیین میزان اثر پیشگرم کردن بر اندازه و توزیع اعوجاج و تغییر شکل ها در اتصالات غیر همجنس تجزیه و تحلیل شده است. از این رو یک زیر برنامه موثر و کارآمد در یک مدل المان محدود تایید شده جهت در نظرگرفتن اثرات تبدیل فاز در تحلیل عددی توسعه داده شده است. برای تایید مدل از داده های تجربی اتصالات غیر-همجنس که با دستگاه اندازه گیری CMM بدست آمدند استفاده شده است. ارتباط خوبی بین نتایج المان محدود و داده های تجربی بدست آمد. نتایج نشان داد روش محاسباتی توسعه یافته در این مطالعه یک روش موثر جهت پیش بینی اعوجاج در اتصالات غیر-همجنس است. اثر پیشگرم کردن بر اعوجاجات جوشکاری در صفحه های جوش داده شده بصورت لب به لب با استفاده از مدل المان محدود حاضر مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد که با افزایش دمای پیشگرم، اعوجاج در اتصالات غیر همجنس در هر دو طرف فولاد زنگ نزن و فولاد کربنی کاهش قابل توجهی می یابد. با افزایش دمای پیشگرم از محدوده دمایی خاصی به بعد، اثر پیشگرم روی کاهش اعوجاج در هر دو طرف اتصال کمتر می شود. هر چه دمای پیشگرم در اتصال فلزات غیرهمجنس نامتقارن تر می شود اثر پیشگرم روی کاهش اعوجاج در طرف فولاد کربنی ناچیز ولی در طرف فولاد زنگ نزن اثر مهمی دارد. با افزایش یکنواخت دمای پیشگرم، طرف فولاد کربنی نسبت به طرف فولاد زنگ نزن بدلیل دارا بودن ضریب هدایت حرارتی بالا اعوجاج حاصل از جوش کمتری دارد.
    کلیدواژگان: اعوجاج، پیشگرم کردن، تحلیل اجزای محدود
|
  • Sayed Sadegh Derakhshan, Abbas Niknejad *, Sima Ziaee Pages 1-11
    In this article, indentation process of damaged drinking water pipelines, repaired by polyester resin, are experimentally investigated while they are under two different conditions of constant and variable inner pressures. For this purpose, a mechanical defect is machined in pipe wall, and then, damaged part of the tube is repaired by the polyester resin. Then, to inject water into the tube and create different pressures, shut down two-end tube is connected to a hydraulic circuit. Then, the specimen with a certain inner pressure is placed into the universal testing machine between a rigid platen and a cylindrical punch. By applying the lateral force on the specimen, indentation test is performed in quasi-static condition; and it continues up to considering the first leakage effect in the repaired zone. In one type of the tests, inner pressure is kept in a constant value during indentation progress; and in the other type, inner pressure increases, slowly, due to indenting the tube wall. In each test, initial pressure, sample deformation mode, ultimate displacement of the punch, ultimate force, and energy absorption are measured; and in the variable pressure tests, ultimate pressure is also recorded. The variable pressure experiments show that when initial pressure increases, ultimate displacement of the punch, ultimate force and energy absorption decreases.; while, in the constant pressure experiments, by increasing the constant inner pressure up to 14 bar, ultimate displacement, ultimate force and absorbed energy increases and then in lieu of higher inner pressure, the mentioned parameters follow a decreasing trend.
    Keywords: Water pipelines repair, Polyester Resin, Leakage, damaged pipe, Drinking Water
  • Mohammad Rassol Safari, Mohammad Mahdi Jalili *, Mohammad Mahdi Abootorabi Pages 12-24
    Chatter is undesirable self-exciting vibration that occurs during machining process and could cause damage to the tool and the machine and surface finish of the workpiece. This phenomenon is generated from interaction of the tool and workpiece during cutting process and is one of the limiting factors for achieving a high cutting rate. In this paper, the effect of clamping of tool and workpiece on stability lobes of the milling process is investigated by employing a four degrees of freedom model of tool and workpiece. For this reason, the dynamic of cutting process is modeled through a set of coupled delay differential equations by considering regenerative chatter and loss of contact effect. Structural parameters of this model are measured by using the modal test in different clamping torques of the tool and the workpiece. Simulated stability lobes diagram is constructed based on full-discretization method. To validate the presented model, half immersion up-milling cuts were performed, and the limit values of axial depth of cut in different tool and workpiece clamping are determined experimentally for two different spindle speeds. The results indicated a good agreement between the stability lobes diagram obtained by FDM method and the experimental limit values. In addition, the results showed that the torque of clamping tool and workpiece have effect on the boundary of the stability lobes, that is, the increase of torque clamping lead to increment of the minimum critical cutting depth and reduces amplitude of vibration in stable and unstable cases over determined time interval.
    Keywords: Chatter, Milling process, Tool, workpiece clamping, Full-discretization method, Stability lobe diagram
  • Rohallah Panahi Liavoli, Mohammad Bakhshi Jooybari *, Hamidi Hamid Gorji, Mohammad Javad Mirnia Pages 25-33

    Welded sheets are made by butt connecting of the base plates in various welding methods. These sheets are called tailor welded blanks, welded sheets (TWBs). Due to their many benefits, they have found many uses in various parts of the industry. In this Research, the formability and effect of weld line of TWBs of St12 and St14 in thicknesses of 1 mm and 1.5 mm in single point incremental forming in the form of a truncated pyramid has been investigated. At first, the maximum depth that can be shaped in single point incremental forming of a truncated pyramid from each of the base plates for different values of wall angle was obtained and the critical wall angle for each of them was determined. Then, the incremental forming of the truncated pyramid was done using welded sheets at the critical wall angle of the base plates. In this regard, TWBs were considered with different layouts and combinations of base plates. To investigate the effect of weld line on forming depth, each combination was prepared in two weld directions of 0 and 45⁰ relative to the rolling direction. The experiment results showed that the fracture depth of TWBs with 45⁰ was reduced by an average of 14% compared to TWBs in the rolling direction. Furthermore, the average depth of the TWBs at the average critical wall angle of the base plates decreases to about 25% compared to the base plates. Therefore, the TWBs should be formed at their critical wall angles.

    Keywords: Formability, Single Point Incremental Forming, TWBs
  • Mohammad Ghorbani, Mohammad Reza Movahhedy * Pages 34-43
    In the milling of sculptured surfaces, cutting forces and the final part accuracy can be affected by surfaces curvatures. In this paper, an analytical formulation containing the explicit form of the principal curvatures of the surface is developed for extracting the engagement boundaries between a ball-end mill and a sculptured surface, and the effect of surface curvatures on the milling forces is investigated. To this end, first, a mechanistic cutting force model is presented for calculating the milling forces acting on a ball-end tool. Orthogonal to oblique cutting technique is used to calculate the cutting force coefficients, and the model is verified by comparing the predicted milling forces with the existing ones in the literature. Then, parametric studies are performed to investigate the effects of cutting depth and surface curvatures on the milling forces. The results show that at a constant cutting depth, the milling forces are more influenced by the surface curvatures at the concave and saddle regions of the surface in comparison with the convex regions. Furthermore, for constant values of curvatures, the effect of surface curvatures on the milling forces increases as the cutting depth decreases. In other words, as the cutting depth decreases, neglecting the effect of surface curvatures results in more relative error in the calculated milling forces. Furthermore, the obtained results show that the surface curvature perpendicular to the feed direction has more influence on the milling forces than the curvature in the feed direction.
    Keywords: Sculptured Surface, Ball-end Mill, Surface Curvatures, Milling
  • Sajjad Seifoori *, Seyed Alireza Fatemi Pages 44-50
    The laminate composite plates are a candidate to delaminate when subjected to stresses concentration during the drilling operation. In this paper, the influence of drill feed rate and diameter in the delamination of composite plates is studied by experimental tests. For this purpose a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) and glass fiber reinforced plastic (GFRP) plates with different thickness are made in laboratory and drilling is done for the 54 different drilling condition cases. Based on digital images processing (DIP) for the drilled surfaces, an image of the damaged area was used to measure the delaminated area and then compare the results. Optimum feed rate is obtained as 200 mm/min for CFRP and 125 mm/min for GFRP with the spindle speed of 800 rpm. By increasing the thickness of the composites, there is a decrease in the delamination, so that by increasing the thickness of the CFRP and the GFRP to 4 mm, with increasing diameter of the drilling tool, the area of the damage region in the same feed rate has decreased. In most cases, a directly proportional relationship was confirmed between an area of damage region and the feed rate.
    Keywords: Drilling, Delamination, GFRP, CFRP
  • Mehran Charkhi, Gholamreza Faghani, Davood Akbari *, Maghohd Shalvandi Pages 51-63
    In this paper, thermo-mechanical behavior of the welding process was analyzed to determine the effect of preheating on the distortion magnitude and distribution in dissimilar joints. By using a verified finite element model, an efficient user subroutine was developed to consider the effects of phase transformation. In order to verify the model, experimental data for dissimilar joints, obtained by CMM measuring device method, were utilized. Good agreement was observed between the finite element and experimental data. The results indicated that the developed computational method is an effective tool to predict the distortion of dissimilar weld joints. The present finite element model was developed in a butt-welded plate to consider the effect of the preheating. It was observed that the increasing of the preheating temperature magnitude of distribution decreased on the carbon steel and stainless steel sides. Moreover, by increasing the preheating temperature more than special temperature range the preheating has no meaningful effect on the distortion on the both side of joint. Whatever, the preheating temperature become asymmetric in dissimilar joints, effect of the preheating on the distortion reduction is negligible on the carbon steel side but it has important effect on the stainless steel side. By increasing the preheating temperature invariably the carbon steel side has distortion of welding less than stainless steel side because of that’s high thermal coefficient.
    Keywords: Distortion, preheating, finite element analysis