فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال هفتم شماره 12 (اسفند 1399)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هفتم شماره 12 (اسفند 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/12/13
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محسن درودگر، سید محمدحسین سیدکاشی*، موسی ساجد صفحات 1-9

    ساندویچ های فوم فلزی دسته ای از مواد فوق سبک هستند که از یک هسته متخلخل فلزی و دو صفحه فلزی بیرونی ساخته می شوند. نسبت استحکام به چگالی و ظرفیت جذب انرژی بالا، مقاومت در برابر حرارت و قابلیت بازیافت سریع و ارزان، کاربرد این مواد را در بسیاری از صنایع از جمله خودروسازی، هوافضا، نفت و انرژی و ساختمان، ایده آل کرده است. با توجه به مزیت های جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، اتصال صفحات این پنل ها از طریق این نوع جوشکاری می‎تواند به خصوص در مواردی که نیاز به اتصال آلیاژهای غیرهمجنس وجود دارد، به کار گرفته شود. در این پژوهش، امکان سنجی تولید ساندویچ فلزی با هسته فوم آلومینیوم و دو لایه ورق مسی در دو طرف آن با استفاده از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مورد مطالعه قرار گرفت. پارامترهای مورد مطالعه، سرعت دورانی ابزار در مقادیر 2000، 2500 و 3000 دور بر دقیقه و همچنین زاویه انحراف ابزار در مقادیر 5 و 7 درجه انتخاب شد. مقاطع جوش به منظور ارزیابی کیفیت جوش مورد مطالعه قرار گرفت که بیانگر موفقیت روش مورد استفاده در تولید ساندویچ فلزی است. به منظور ارزیابی استحکام اتصالات از آزمون کشش استفاده شد. نتایج بیانگر این است که تاثیر سرعت دورانی بر استحکام جوش بسیار بیشتر از زاویه انحراف ابزار می باشد و با استحکام کششی نسبت معکوس دارد. بیشترین استحکام کششی مربوط به نمونه جوشکاری شده با سرعت دورانی ابزار 2000 دور بر دقیقه و زاویه انحراف ابزار 5 درجه با مقدار18.8 مگاپاسکال است.

    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، ساندویچ دو فلزی، فوم آلومینیومی، ورق مسی، استحکام کششی جوش
  • محمدحسین میرزایی، علی فضلی*، پرویز اسدی، مهدی سلطان پور صفحات 10-23

    مقاله حاضر اثر هندسه قالب در فرآیند کلینچینگ را بر استحکام اتصالات ایجاد شده را بررسی کرده است. ورق‏هایی از جنس آلومینیوم Al3105 با قالب‏هایی با هندسه مختلف به هم متصل شده‏اند. پس از تعیین محدوده نیروی مناسب برای ایجاد اتصال (25 تا 32 کیلونیوتن) ، اثر هندسه قالب بر استحکام اتصال با آزمونهای برش و جدایش بررسی شده‏ است. نتایج نشان می‏دهد که هندسه قالب و عمق نفوذ سنبه عوامل اصلی در تعیین میزان قفل مکانیکی و ضخامت گلویی هستند. در محدوده‏ای که اتصال مکانیکی مناسبی بین دو ورق ایجاد می شود، هندسه قالب اثر قابل توجهی بر روی استحکام و هندسه اتصال دارد، اما تاثیر نیروی کلینچ ناچیز است. قطر سنبه های مورد بررسی 4، 5/4 و 5 میلیمتر بوده است که قطر سنبه 5 میلی‏متر مقدار بهینه‏ می‏باشد. در قطرهای بالاتر از مقدار بهینه، به دلیل کاهش اختلاف قطرهای سنبه و ماتریس، ضخامت گلویی ورق بالایی کاهش یافته و منجر به ایجاد پارگی در اتصال می‏شود. از سوی دیگر در قطر سنبه کمتر از مقدار بهینه، به علت لقی بالا، خروج ماده از منطقه کف سنبه راحت تر بوده، در نتیجه مقدار قفل مکانیکی و استحکام اتصال کمتر می شود. با وجود تاثیر ناچیز نیروی کلینچ بر روی استحکام اتصال، اثر آن بر روی ظرفیت جذب انرژی اتصال قابل ملاحظه است، به گونه ای که در یک نیروی کلینچ بهینه، ظرفیت جذب انرژی اتصال حداکثر خواهد بود. بالاترین استحکام اتصال توسط سنبه 5 میلیمتری و با اعمال نیروی کلینچ 30 کیلونیوتنی بدست آمد که استحکام برشی آن 1355 نیوتن بوده است.

    کلیدواژگان: هندسه اتصال، افزایش استحکام، آلومینیوم Al 3105، کلینچینگ
  • محسن امامی*، وحید حسن نسب صفحات 24-36
    ارتعاشات چتر یکی از پدیده های نامطلوب در فرآیندهای ماشینکاری به شمار می آید. وقوع چتر در براده برداری معمولا سبب ایجاد سر و صدای شدید، کاهش کیفیت سطح قطعه کار، کاهش عمر ابزار، و کاهش قابل ملاحظه در راندمان ماشینکاری می گردد. از این رو توسعه روش های مناسب که باعث افزایش پایداری و همچنین بهبود عملکرد برش شود جهت کاهش ارتعاشات ابزار در فرآیندهای ماشینکاری ضروری است. میراکننده های سیال مغناطیسی از جمله تجهیزاتی هستند که با هدف استهلاک انرژی ارتعاشات در صنایع مختلف توسعه داده شده اند و توانایی بالقوه ای جهت بکارگیری در فرآیندهای ماشینکاری دارند. در این پژوهش، یک میراکننده سیال مغناطیسی حاوی نانوذرات Fe2O3 به منظور میراکردن ارتعاشات چتر در عملیات برشکاری، طراحی و ساخته می شود. سپس میراکننده ساخته شده به طور تجربی در عملیات برشکاری نمونه قطعه کارهای فولادی، تست می گردد. در آزمایش های تجربی این پژوهش، ارتعاشات ابزار در حالت های با میراکننده و بدون میراکننده، با اندازه گیری سیگنال شتاب ابزار ارزیابی و مقایسه می شود. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با استفاده از میراکننده سیال مغناطیسی، ارتعاشات ابزار به ویژه در حالت های وقوع چتر به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: برشکاری، میراکننده سیال مغناطیسی، ارتعاشات ابزار
  • محمدجواد هوشمند، سعید منصور* صفحات 37-53

    پیشرفت‏هایی که در فناوری ساخت افزودنی به دست آمده، منجر به بهبود کیفیت سطح و زمان ساخت قطعات در این فناوری شده است. هدف این مقاله بهینه سازی هم زمان دو متغیر پاسخ زمان ساخت و کیفیت سطح در فناوری مدل سازی رسوب ذوب شده می باشد. به همین منظور، برای یافتن بهترین مقادیر پارامترهای فرآیند که در این مقاله جهت ساخت به همراه پهنای مسیر، ضخامت لایه، درصد پرکردن و پهنای مسیر می باشد، از طراحی آزمایش ها و رویکرد روش شناسی سطح پاسخ استفاده گردید. 50 آزمایش برای دو شکل استوانه و قطعه ای پیچیده تر به نام تری‏دی بنچی با استفاده از طراحی مرکب مرکزی چرخشی انجام شد. هرکدام از پارامترهای فرآیند در دو سطح مورد بررسی قرار گرفتند که روش بهینه سازی نوینی به نام روش مبتنی بر پس‏آیند استفاده شد تا مقادیر بهینه برای متغیرهای پاسخ حاصل شوند. نتایج نشان داد که نه تنها جهت ساخت و ضخامت لایه بر روی هر دو متغیر پاسخ اثر زیادی دارند بلکه زمان ساخت به پارامترهای پهنای مسیر و درصد پرکردن نیز وابسته است. این مطالعه نشان داد که مقادیر بهینه حاصل شده برای پارامترهای فرآیند می‏توانند منجر به ساخت قطعاتی در فناوری مدل سازی رسوب ذوب شده با کیفیتی بالا در کمترین زمان ساخت ممکن شوند که مقادیر بهینه به دست آمده برابرند با جهت ساخت 0، پهنای مسیر 0.61 میلی متر، ضخامت لایه 0.22 میلی متر، درصد پرکردن 20% و زاویه مسیر 0.

    کلیدواژگان: مدل سازی رسوب ذوب شده، روش شناسی سطح پاسخ، جهت ساخت، زبری سطح، زمان ساخت
  • سروش مجیری، علیرضا شفیعی* صفحات 54-63

    در دنیای جدید با توجه به هزینه های ناشی از تولید و رویکرد جامعه ی صنعتی در سبک و کوچک تر ساختن سازه ها و قطعات مکانیکی، احساس نیاز به تحولی عظیم در تغییر رویکرد طراحان به مقوله طراحی شدت یافته است. در این پژوهش به بررسی قابلیت ها، میزان کارایی و محدودیت های شاخه ای جدید از علم طراحی به نام بهینه سازی توپولوژیک پرداخته شد. معیار انتخاب مسایل، تلاش در جهت هرچه بهتر نشان دادن قابلیت های بهینه سازی توپولوژیک بوده است. به منظور ارزیابی مسایل پیچیده از الگوریتم های بهینه سازی در محدوده نرم افزار انسیس بهره گرفته شد که ازجمله این مسایل می توان به تیر یکسر گیردار تحت بارگذاری استاتیکی، تیر دوسرگیردار تحت بارگذاری استاتیکی و حرارتی، هندسه گنبدی شکل تحت بارگذاری استاتیکی و حرارتی اشاره کرد. نتایج نشان داد حجم کاسته شده در مدل های نهایی به ترتیب برابر 66.29%، 52.88 %، 50.054% است که این امر طبیعتا مقداری افزایش در تنش و جابجایی مدل نهایی داشته است که طراح با توجه به محدودیت های حاکم بر مسئله حقیقی می تواند آن ها را تنظیم کند. نتایج نشان داد که مقدار میانگین تنش در نمونه های تیر یکسر گیردار، تیر دوسرگیردار و هندسه گنبدی شکل به ترتیب 88، 800 و 6 مگاپاسکال افزایش یافته است. همچنین میانگین میزان جابجایی در این نمونه ها به ترتیب 0.0001، 0.006 و 0.002میلی متر افزایش یافت. به منظور ارزیابی چالش های پیش بینی نشده و بررسی تولید پذیری نمونه های بهینه شده، نمونه گنبدی شکل با توجه به وجود حفره های سه بعدی در بدنه، انتخاب و با استفاده از فرایند ساخت افزایشی تولید شد. نتایج نشان داد که محصول خروجی از دقت مناسبی برخوردار است.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، بهینه سازی توپولوژیک، انسیس، تنش حرارتی، ساخت افزایشی
  • محمدعلی مشهدی جعفری سهی، امین فرخ آبادی* صفحات 64-75

    هدف از انجام این مقاله، حذف یکی از محدودیت های تولید قطعات صنعتی با بکارگیری کامپوزیت پایه پلیمری گرماسخت بعنوان یک ماده جایگزین در ساخت قطعه ای از موتورسیکلت (منیفولد هوا) می باشد. لازم به ذکر است نمونه های در حال استفاده از مواد پلی آمیدی تقویت شده با الیاف شیشه می باشند. منظور از محدودیت مذکور به حد نصاب نرسیدن تیراژ تولید و به طبع آن عدم توانایی مالی در ساخت قالب های فولادی جهت تزریق پلاستیک می باشد که در کامپوزیت های گرماسخت این محدودیت وجود ندارد و میتوان قطعات به نسبت پیچیده را با قالب سیلیکونی تولید کرد. در همین راستا در این مقاله به بررسی پلیمرهای گرماسخت پرداخته شد و با در نظرگیری خواص مکانیکی و حرارتی مورد نیاز جهت ساخت این قطعه، رزین وینیل استر بر پایه اپوکسی نووالاک انتخاب گردید و در ادامه برای تقویت ماتریس منتخب، به بررسی تقویت کننده های متناسب با خواص قطعه مورد نظر پرداخته که نتیجه آن انتخاب الیاف سوزنی شیشه 3میلیمتر به نسبت وزنی 30% است. پس از ساخت نمونه های دمبلی شکل این کامپوزیت و استخراج خواص مورد نظر از آن ها در آزمایشگاه، مدل سه بعدی قطعه در نرم افزار آباکوس وارد شده و خواص کامپوزیت برای مدل تعریف گردید. سپس شرایط کارکرد و آزمون های منیفولد در آباکوس شبیه سازی و نتایج آن بررسی شد. در انتها منیفولد هوا با کامپوزیت منتخب ساخته و به تحلیل تجربی آن پرداخته شد. نتایج آزمون نشان داد که این کامپوزیت تمامی شرایط را ارضا خواهد کرد.

    کلیدواژگان: منیفولد هوا، قطعات موتوری، سازه کامپوزیتی، رزین وینیل استر بر پایه اپوکسی نووالاک، الیاف سوزنی شیشه
|
  • Mohsen Dorudgar, S. M. Hossein Seyedkashi *, Moosa Sajed Pages 1-9

    Metal sandwiches are a new class of ultra-lightweight materials made from a porous metal core and two outer metal plates. High strength and high energy absorption capacity, resistance to heat, and also fast and inexpensive recyclability make these materials ideal for use in many industries including automotive, aerospace, oil, energy and construction industries. Considering the advantages of friction stir welding, the connection of these plates using this welding technology can be used industries for welding of bimetal sandwiches. In this research, feasibility of using frictional stir welding to prepare metal sandwiches with a core of aluminum foams and copper covers was investigated. The investigated parameters were tool rotational speed, in three levels of 2000, 2500 and 3000 rpm, and tilt angle in two levels of 5 and 7 degree. The cross-sections of the joints were investigated for weld quality which confirmed a successful joining. Tensile tests were carried out to evaluate the joint strength. It was concluded that the effect of tool rotational speed on the weld strength is much higher than the effect of tilt angle and has a reverse relation with tensile strength. The best strength which was 18.8 MPa was obtained with a tool rotational speed of 2000 rpm and a tilt angle of 5 degree.

    Keywords: Friction Stir Welding, Bi-Metal Sandwich, Aluminum foam, Weld Tensile Strength
  • Mohammadhosein Mirzaei, Ali Fazli *, Parviz Asadi, Mahdi Soltanpour Pages 10-23

    In this paper, the effect of the die geometry on the joint strength of the clinching process is investigated. The AA3105 aluminum sheets are joined using different die geometries. After determining the suitable range of the joining load (25-32kN), the effect of the die geometry on the joint strength is considered, using shear and peel tests. The results indicate that the die geometry and punch penetration depth are the most important parameters affecting the joint mechanical interlock and neck thickness. In the range of proper mechanical joint, the die geometry has a great effect on the strength and geometry of the joint, while the effect of clinching load is negligible. The investigated punch diameters were 4, 4.5, and 5mm, where the optimum punch diameter was 5 mm. At the diameters higher than the optimum value, due to the low clearance between the punch and die, the neck thickness is reduced, leading to the joint failure. However, at the diameters lower than the optimum value, due to the higher clearance, the material flows easily from the bottom side, leading to a weakness in the mechanical interlock and joint strength. Although a negligible effect of clinching force on the joint strength, its effect on the joint energy absorption capacity is meaningful. As the joint energy absorption capacity will be the highest at an optimum clinching load. The highest joint strength was achieved at the punch diameter and clinching force of 5mm and 30kN, which resulted in the joint shear strength of 1355N.

    Keywords: Joint geometry, Increase strength, Al3105 aluminum, Clinching
  • Mohsen Emami *, Vahid Hasan Nasab Pages 24-36
    Chatter vibration is one of the undesirable phenomena in machining processes. The chatter in metal cutting typically causes severe noise, reduced workpiece surface quality, reduced tool life, and a significant reduction in machining efficiency. Therefore, developing suitable methods that increase stability and improve cutting performance is necessary to control tool vibrations in machining processes. Magneto-Rheological (MR) fluid damper is among the equipment developed to dissipate vibration energy in various industries and has the potential to be used in machining processes. In this study, an MR fluid damper containing Fe2O3 nanoparticles is designed and fabricated to dampen the chatter vibrations during the cut-off turning process. The fabricated damper is then experimentally tested in the cut-off turning operation of steel work samples. In the empirical experiments of this research, the tool vibration in damped and non-damped modes is evaluated and compared through measuring the tool acceleration signals. The obtained results show that by using the MR fluid damper, the tool vibrations are significantly reduced, especially in the case of chatter occurrence.
    Keywords: Cut-off Turning, Magneto-Rheological (MR) Damper, Tool Vibrations
  • MohammadJavad Hooshmand, Saeed Mansour * Pages 37-53

    The advancement of AM technologies has resulted in producing parts of high quality and reduced manufacturing time. The purpose of this study is to simultaneously optimize the values of two response variables, build time and surface roughness. In order to achieve the best values for build orientation and other process parameters including raster width, layer thickness, infill percentage, and raster angle, the effects of process parameters and response variables were adopted by the Design of Experiments approach to develop empirical models using Response Surface Methodology. The experimental parts of this research were conducted using an inexpensive and locally assembled FDM machine. Fifty runs for two different geometries, namely cylinder and 3DBenchy, were performed using the Rotatable Central Composite Design, and each process parameters was investigated in two levels in order to develop empirical models. Also, a novel optimization method, namely, the Posterior-Based method, was accomplished to find the best values for the response variables. The results demonstrated that not only build orientation and layer thickness have notable effects on both response variables but also build time is dependent on raster width and infill percentage. This study shows that through adopting the developed model by considering the process parameters, parts of high quality (improved surface finish) with reduced build time could be produced by FDM technology. Optimum process parameters found to be build direction of 0°, raster width of 0.61 mm, layer thickness of 0.22 mm, infill percentage of 20%, and raster angle of 0°.

    Keywords: Fused deposition modeling (FDM), Response surface methodology (RSM), build orientation, Surface roughness, build time
  • Sorush Mojiri, AliReza Shafiei * Pages 54-63

    In this study, capabilities, performance, and limits of a new design field named topology optimization were investigated. Case studies under different loads and boundary conditions were evaluated. The case studies were selected by the purpose of illustration of the capabilities of topology optimization. In order to analyze the case studies with more complexity such as cantilever beam, both end fixed beam, dome shape under static and thermal loading, Optimization algorithms were used in the ANSYS software. Results showed reduced volume in final models are 66.29%, 52.88%, 50.054%, respectively. The mean value of stress in the Cantilever beam,both end beam and dome shape was increased 88, 800 and 6 Mpa, respectively. Also, the displacement level was increased 0.0001, 0.006 and 0.002 mm, respectively. In order to reveal the unexpected challenges and evaluation of optimized models, due to the presence of cavities in the body, Dome Shape model was selected and produced by additive manufacturing (FDM method). Results indicated that the output product has good dimensional accuracy and surface smoothness. By creating support structures that manually selected numbers and locations, 3D cavities were formed with good accuracy, indicate that there is a high potential for manufacturability of complex design parts without classical methods.

    Keywords: thermal stress, Topology optimization, Ansys, Additive Manufacturing
  • MohammadAli Mashadi Jafari Sohi Pages 64-75

    The purpose of this article is to remove one of the limitations of manufacturing and production of industrial specimens, which is employing a thermoset polymer-based composite as an alternative material in the construction of a motorcycle part (air manifold). It should be noted that the existing parts are produced using polyamide materials reinforced along with glass fibers. The mentioned limitation means that there are not enough order circulations to start production, and therefore there is no financial ability to make steel molds for plastic injection, which is not the case in thermoset composites, and relatively complex parts can be molded with silicone molds. As a result, in this article the types of thermoset polymers were investigated and considering the mechanical and thermal properties required to production this part, Novolac Epoxy-based Vinyl Ester resin was selected and to strengthen the resin, various reinforcing additives suitable for properties of the manifold were investigated, which resulted in the selection of 3mm glass fibers needle in a weight ratio of 30%. By fabricating the test samples of the mentioned composite and extracting the desired properties in the laboratory, the 3D model of the part was employed in Abaqus software and the composite properties were defined for the model. Then the operating conditions and manifold tests in Abaqus simulation and its results were evaluated. Finally, the air manifold was fabricated by the composite material and then analyzed experimentally. The test results showed that the selected composite will pass all the conditions.

    Keywords: Air manifold, Engine parts, composite structure, Novolac Epoxy-based Vinyl Ester, chopped glass fiber