فهرست مطالب

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هشتم شماره 1 (فروردین 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/31
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی سال افزون، امین ربیعی زاده* صفحات 1-13
    به منظور ارزیابی امکان اتصال همجنس و غیرهمجنس آلیاژهای آلومینیم 5019 و 7039، ورق هایی به ضخامت 3 میلیمتر از این آلیاژها به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی خودواکنشی جوشکاری شدند. ابزار دوکی شکل شناور مورد استفاده برای جوشکاری از جنس فولاد گرم کار عملیات حرارتی شده، طراحی و ساخته شد. اثر متغیرهای مختلف فرآیند نظیر فاصله بین شانه ها، سرعت پیشروی و سرعت چرخش ابزار به منظور ایجاد اتصالی عاری از عیب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بازرسی چشمی و رادیوگرافی نشان داد که اتصال سالم در سرعت پیشروی mm/min 22 و سرعت چرخش ابزار rpm 1120 بدست می آید. نتایج آزمون کشش نشان داد که راندمان اتصال بدست آمده برای اتصال های 5019-5019، 7039-7039 و 7039-5019 به ترتیب 72، 76 و 5/91% است که از راندمان اتصال با روش های ذوبی بیشتر و قابل مقایسه یا بیشتر از راندمان اتصال با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی معمولی است. ارزیابی میکروسکپی سطح شکست نمونه های جوشکاری شده نشان داد که برای اتصال های همجنس، مکانیزم شکست غالب، شکست نرم می باشد اما برای اتصال غیرهمجنس، مکانیزم غالب شکست ترد می باشد. ارزیابی سختی سطح مقطع عرضی قطعات جوشکاری شده در نزدیکی شانه بالایی و پایینی نشان داد که میزان سختی در نزدیکی شانه پایینی ابزار همواره بیشتر است. بیشتر بودن سختی در مجاورت شانه پایینی را می توان به دمای پایین تر قطعه در این ناحیه نسبت داد.
    کلیدواژگان: اتصال غیرهمجنس، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی خودواکنشی، ابزار دوکی شکل شناور، خواص مکانیکی، راندمان اتصال
  • امیرسالار دهقانی، امیررضا فرنیا*، محمدجواد ترکمنی صفحات 14-22

    در این تحقیق سختکاری استحاله ای سطحی فولاد ابزار سرد کار AISI O1 توسط لیزر دیودی توان بالا با بیشینه توان 1600 وات با پارامترهای توان و سرعت اسکن متفاوت موردبررسی قرار گرفت و مشخصه یابی ریزساختاری، فازی، ریز سختی سنجی و سایش برای بررسی اثر سختکاری توسط لیزر، انجام گردید. فرآیند سختکاری منجر به ایجاد منطقه ی سختکاری شده با عمق حدود 2 میلی متر و عرض بالای 10 میلی متر شد. ریزساختار ناحیه ی سختکاری شده شامل فازهای مارتنزیت و آستنیت باقی مانده بود و سختی برای پارامترهای مختلف در محدوده ی 760 تا 650 ویکرز حاصل شد. افزایش گرمای ورودی باعث افزایش درصد آستنیت باقی مانده شد و منجر به ایجاد ساختار درشت مارتنزیت گردید و سختی برای نمونه با بالاترین گرمای ورودی دارای کمترین مقدار بود. مقایسه ی خواص سایشی نمونه های سختکاری شده با نمونه ی سخت شده در روغن و بازپخت و همچنین نمونه ی آنیل شده، مشخص کرد که فرآیند سختکاری منجر به بهبود خواص سایشی نمونه های سختکاری شده گردیده است و مقاومت به سایش نمونه ی سختکاری شده توسط لیزر در حدود 10 برابر نمونه ی آنیل شده بود.

    کلیدواژگان: سختکاری استحاله ای سطحی، فولاد ابزار سرد کار AISI O1، لیزر دیودی توان بالا، سختی، مقاومت به سایش
  • محسن عسگری، پیام سرائیان*، احسان شکوری صفحات 23-34
    با توجه به نیاز صنایع مختلف به تولید محصول با دقت ابعادی و خواص سطحی مطلوب و تاثیر بالای کیفیت سطح نهایی بر کارآیی محصولات، انتخاب فرآیندهای موثر و مناسب پرداخت جهت تولید محصولات با کیفیت، حایز اهمیت است. در میان روش های مختلف پرداخت، استفاده از فرآیند برنیشینگ به دلیل هزینه پایین، امکان نصب روی ماشین های مختلف و پرداخت سطوح بدون براده برداری بیش از سایرین مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین در این پژوهش، با توجه به کاربرد گسترده چدن نشکن در صنایع مختلف، پس از تهیه نمونه های ساخته شده از چدن نشکن، ساخت ابزار برنیشینگ غلتکی و سوار نمودن آن روی ماشین تراش، آزمایش ها مطابق با جدول طراحی آزمایش، انجام شد و تاثیر متغیرهای نیروی برنیشینگ، نرخ پیشروی و سرعت دوران، بر میکروسختی و زبری سطح نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه به منظور تجزیه و تحلیل آماری نتایج، از نرم افزار مینی تب و روش سطح پاسخ استفاده شد و طی تحلیل آماری انجام شده با سطح اطمینان 95%، موثرترین پارامترها و مقادیر مطلوب آنها جهت افزایش میکروسختی و کیفیت سطح نمونه ها معرفی گردید. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان داد که نیروی برنیشینگ بیشترین تاثیر را بر میکروسختی و زبری سطح نمونه ها داشته و طی بهینه سازی انجام شده به روش سطح پاسخ، مقدار بهینه برای زبری سطح و میکروسختی نمونه ها، به ترتیب، 0.562 میکرومتر و 203.20 ویکرز بدست آمد که در مقایسه با مقادیر بدست آمده برای نمونه شاهد، زبری سطح نمونه ها در حدود 58% کاهش و میکروسختی نمونه ها در حدود 12% افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: چدن نشکن، برنیشینگ غلتکی، زبری سطح، میکروسختی، روش سطح پاسخ
  • فرناز دهکردی، مجید ساده دل* صفحات 35-45
    ربات های خودکار زیر دریایی، در دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند.زیرا می توانند جایگزین انسان برای انجام کار های خطرناک زیر آبی شوند. موقعیت یابی ربات، کلیدی برای تضمین موثر بودن ربات های زیر آب است که می توانند وظیفه خود را انجام دهند. هدف از این مقاله کنترل سرعت خطی و زاویه ای ربات، تبدیل مدل ربات به مدل عمومی ربات های متحرک است، که در صورت انجام پیاده سازی الگوریتم موقعیت یابی روی ربات ماهی امکان پذیر می شود. مدل دینامیکی مناسب برای این ربات به صورت مدل دو بعدی ربات ماهی ساده سازی شده است. از میان انواع مختلف، ربات ماهی با تحریک دم (BCF) در نظر گرفته شده است. هم چنین از مدل میانگین ربات برای پیاده سازی کنترلر استفاده شده و ضرایب مربوط به مدل میانگین اصلاح شده اند. پارامتر های دم زدن ربات شامل بایاس، دامنه دم زدن و فرکانس است. فرکانس دم زدن ربات همواره مقدار ثابت در نظر گرفته شده است ولی بایاس و دامنه متغیر و قابل کنترل هستند. پس از شبیه سازی مدل دینامیکی ربات، ارتباط پارامتر های دم زدن با سرعت خطی و سرعت زاویه ای ربات ماهی بررسی شده است. در نتیجه این بررسی ها سرعت رو به جلو خطی و سرعت زاویه ای به طور همزمان و مستقل از هم قابل کنترل هستند. این کنترل حرکت، برای رفتار چرخش ملایم با سرعت خطی ثابت کاربرد دارد، ولی برای رفتار های دیگر ربات هم می توان آن را تعمیم داد. سرانجام با کنترل دامنه و بایاس دم زدن به ترتیب سرعت روبه جلو با کنترلر PI و با خظای 1.67% و سرعت زاویه ای با کنترلر PID و با خطای 2.5% کنترل می شود.
    کلیدواژگان: دینامیک ربات های زیر دریایی، ربات های با تحریک دم، ربات ماهی، کنترل حرکت ربات ماهی
  • مهدی سرکاری، صادق رحمتی*، محمد نیکخو صفحات 46-54
    در این تحقیق مزایای ایمپلنت متخلخل نسبت به ایمپلنت رایج به منظور اعمال یک نوع تخلخل خاص مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از حداقل سطوح با تناوب سه گانه در طراحی ایمپلنت متخلخل به دلیل منحنی شکل بودن آن پتانسیل بالایی در طراحی سازه های متغیر هم از لحاظ مورفولوژی و هم از لحاظ تراکم نسبی با توجه به معادلات ساختاری ضمنی آن ایجاد می کند. معادلات حداقل سطوح تناوب سه گانه با استفاده پلاگین گرس هاپر حل می شود و در نهایت سطح یک سلول واحد برای طراحی ساختار متخلخل بدست می آید. یک ایمپلنت رایج دندان و دو ایمپلنت متخلخل دندان با تخلخل54% و 65% درصد بر اساس استاندارد ITI از کاتالوگ شرکت استرومن الگوبرداری شده است. در بارگذاری استاتیکی و دینامیکی نیروها در سه جهت مختلف بر اساس مبانی بیومکانیک به ایمپلنت وارد شد. نتایج نشان داد که پس از کاشت ایمپلنت های دندانی مقدار بیشینه تنش در ایمپلنت های متخلخل نسبت به ایمپلنت رایج افزایش می یابد به طوری که از82/31 به 93/98 مگاپاسکال در ثانیه پنجم افزایش پیدا کرد. در ایمپلنت های متخلخل میزان توزیع تنش در استخوان اسفنجی نسبت به ایمپلنت رایج افزایش پیدا می کند. با متخلخل کردن ایمپلنت های دندانی می توان با پدیده سپر تنشی مقابله کرد. در این پدیده، ایمپلنت به علت داشتن استحکامی به مراتب بیشتر از استخوان، مانع از انتقال تنش به استخوان می شود که نتیجه آن ضعیف شدن استخوان در ناحیه کاشت ایمپلنت است. با اعمال تخلخل و با بکارگیری حداقل سطوح تناوب سه گانه در طراحی ایمپلنت، باعث توزیع تنش بیشتر در استخوان اسفنجی می گردد.
    کلیدواژگان: حداقل سطوح تناوب سه گانه، ساخت افزایشی، ایمپلنت متخلخل، روش اجزا محدود
  • قاسم اعظمی راد*، بهروز آرزو صفحات 55-67
    موقعیت دهی صحیح ورق در قالب های شکل دهی از اهمیت زیادی برخوردار است. وجود خطا در موقعیت دهی اولیه می تواند منجر به تولید قطعه ناسالم شود. تعداد و محل اجزای موقعیت دهنده در موقعیت دهی صحیح قطعه بسیار موثر است. در طراحی دستی و سنتی قالب های شکل دهی قطعات ورقی بزرگ برای موقعیت دهی ورق معمولا در هر لبه از آن دو موقعیت دهنده استفاده می شود یعنی در چهار جهت ورق از هشت عدد گیج استفاده می شود که به نظر می آید تعدادی از آن ها ضروری نباشد. در تحقیق حاضر با برقراری ارتباط بین نرم افزار مدل سازی کتیا و نرم افزار تحلیلی آباکوس و به کمک روش های بهینه سازی، سیستم نرم افزاری یک پارچه ای ایجاد شده که قادر است به صورت خودکار تحلیل های المان محدود را انجام داده و با توجه به خروجی هر تحلیل، تغییراتی در فایل ورودی ایجاد کرده و تحلیل بعدی را انجام دهد. در هر مرحله برای یک چیدمان خاص از گیج ها میزان انحراف ورق حین قرارگیری و شکل دهی مورد بررسی قرار می گیرد که نباید از حد مجاز بیشتر باشد. اعمال تغییرات در پارامترهای ورودی طبق الگوریتم بهینه سازی و انجام تحلیل های بعدی تا همگرا شدن مسئله به جوابی که بهترین چیدمان سطوح موقعیت دهنده را پیشنهاد می دهد به صورت کاملا خودکار ادامه می یابد. برای مقایسه نتایج حاصل از این سیستم با طراحی سنتی دو مثال ارایه شده است که نتایج به دست آمده نشان می دهد با تعداد گیج کمتر از روش سنتی می توان قطعه ورقی را روی قالب به درستی و با دقت کافی موقعیت دهی نمود.
    کلیدواژگان: سیستم موقعیت دهی خودکار، قالب های شکل دهی قطعات ورقی، نرم افزار مدفرانتیر
|
  • Ali Salafzon, Amin Rabiezadeh * Pages 1-13
    In order to evaluate the possibility of the similar and dissimilar welding of 5019 and 7039 aluminum alloys, plates of 3 mm thick from this alloy were welded via Self-Reacting Friction Stir Welding (SRFSW) method. Floating bobbin tool was designed and manufactured from heat –treatable hot working steel to perform the welding process. The effect of various process variables such as the shoulders pinching gap, the tool transverse speed and the tool rotational speed were investigated to establish a defect-free joint. Following the visual inspection and X-ray radiography, it was found that a defect-free joint is obtained at the transverse speed of 22 mm/min and rotational speed of 1120 rpm. The results of tensile test, also, revealed that the joint efficiency of 5019-5019, 7039-7039 and 7039-5019 joints are 72, 76 and 91.5%, respectively. Accordingly, these amounts were more than the joint efficiency of the fusion welding, and comparable with/more than the joint efficiency of Conventional Friction Stir Welding (CFSW). Microscopic evaluation of the fracture surface of welded pieces indicated that the dominant fracture mechanism for similar joints is the soft fracture, while the one for non-similar fracture is the brittle fracture. Assessment of the cross-sectional hardness of the welded pieces near the upper and lower shoulders showed that the degree of hardness near the lower shoulder of the tool is always higher, which can be attributed to the lower temperature of the work piece in this area.
    Keywords: Dissimilar welding, self-reacting friction stir welding, floating bobbin tool, Mechanical properties, joint efficiency
  • Amirsalar Dehghani, Amirreza Farnia *, MohammadJavad Torkamany Pages 14-22

    In this study, surface transformation hardening of AISI O1 cold work tool steel was investigated by use of a high power (1600 W) diode laser apparatus. In order to evaluate the effect of laser hardening, different output powers and scanning rates were applied and microstructures and phases were characterized, as well as micro-hardness and wear resistance were measured. The hardening treatment resulted in formation of a hardened zone of about 2 mm depth and up to 10 mm width at the surface of sample. The microstructure of this hardened zone was comprised of martensite and residual austenite; average surface hardness of the samples treated under various set of variable parameters was 650 to 760 Vickers. Increase of heat input caused increase of residual austenite content and formation of coarse martensite structure so that the least hardness was obtained for the sample processed by the highest heat input. Comparing wear resistance of laser hardened samples with traditionally quench-temper hardened and annealed specimens, it was revealed that the laser hardening process improves wear resistance of hardened samples so that wear resistance of the samples hardened via laser was about 10 times of the annealed ones.

    Keywords: Surface Transformation Hardening, AISI O1 Cold work Tool Steel, High Power Diode Laser, Hardness, Wear resistance
  • Mohsen Asgari, Ehsan Shakouri Pages 23-34
    Due to the needs of different industries to produce high precision dimensional products and desirable surface properties and the highest effect of final surface quality on product performance, selection of effective and suitable polishing processes for production of quality products is important. Among different methods of polishing, the burnishing process due to low cost, the possibility of installation on different machines and the polishing without chip has been consideration. Therefore, in this study, due to the widespread application of ductile cast iron in various industries, after preparing the samples of ductile cast iron, making the roller burnishing tools and mounting it on the lathe machine, experiments were carried out in accordance to experimental design table and the effect of burnishing force, feed rate and number of passes, on microhardness and surface roughness of samples were evaluated. For statistical analysis, the results of minitab software and response surface methodology (RSM) were used and the statistical analysis performed with the confidence level of 95%, the most effective parameters and their desirable values to increase the microhardness and quality of samples were introduced. The results showed that the effect of the burnishing force, had the greatest impact on the microhardness and roughness of samples and the optimization of samples by (RSM), optimum value for surface roughness and microhardness of specimens, respectively, 0.562 μm and 203.20 Vickers were obtained in comparison with the values for the initial sample, the surface roughness of samples about 58% reduction and microhardness of samples were increased about 12%.
    Keywords: Ductile Cast Iron, Roller Burnishing, Surface roughness, micro hardness, Surface Response Methodology
  • Farnaz Dehkordi Pages 35-45
    Autonomous submarine robots are significant over the last decades. Since they can replace humans for performing dangerous underwater works. Positioning navigation is the key to guaranteeing that underwater robots can complete their task. The purpose of this paper is to control the linear and angular velocity of fish robot, to convert the robot model to unicycle model for mobile robots, which is make it possible to implement the navigation algorithm on robot. The appropriate dynamic model was simplified as a two dimensions model of robotic fish. Among different types of actuations, the tail-actuated robotic fish or BCF was considered. Also the average model of robotic fish was considered to control and its coefficient was corrected. The parameters of tail-actuating are defined as bias, amplitude and frequency. The frequency of tail-actuating was assumed to be constant but, bias, and amplitude are variable and controllable. After simulation the relations between tail-actuating parameters and rigid body linear and angular velocities was investigated. With this significance linear forward velocity and angular velocity could be controlled simultaneously and independently. This motion control applied on smooth rotation behavior with the constant speed, but it could be generalized for the others robot’s behavior. Eventually, through the amplitude, and the bias control respectively, the linear forward velocity is controlled with PI controller and 1.67% error and angular velocity is controlled with PID controller and 2.5% error.
    Keywords: Dynamics of marine robotics, Tail-actuated robots, Robotic fish, Robotic fish motion control
  • Mahdi Sarkari, Sadegh Rahmati *, Mohammad Nikkhoo Pages 46-54
    In this study, the advantages of porous implants compared to conventional implants in order to apply a specific type of porosity to the implant most were investigated. The use of Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) in porous implant design due to its curvature has a high potential in designing variable structures both morphologically and in relative density with respect to its implicit structural equations. The equations of Triply periodic minimal surface are solved using the Grasshopper plugin, and finally the surface of a unit cell is obtained to design porous structure. One common dental implant and two porous dental implants with 54% and 65% porosity are modeled on Straumann's catalog according to ITI standard. In static and dynamic loading, forces were inserted into the implant in three different directions according to biomechanical principles. The results showed that after implantation of dental implants, the maximum amount of stress increased in the porous implants compared to the conventional implants so that it increased from 31.82 to 98.93 MPa in the fifth second. And in porous implants, stress distribution in the cancellous bone is increased compared to the conventional implant. Stress Shielding can be counteracted by porosity of dental implants. In this phenomenon, the implant, due to its much greater strength than the bone, prevents the transfer of stress to the bone, which results in weakening of the bone around the implant. By applying porosity and applying the TPMS to the implant. Stress distribution increase in the cancellous bone.
    Keywords: Triply Periodic Minimal Surface, Additive Manufacturing, Porous Implant, Finite element method
  • Ghasem Azamirad *, Behrooz Arezoo Pages 55-67
    Proper positioning of the blank in the sheet metal forming dies is very important. An error in the initial positioning can lead to the production of a defective part. The number and location of positioning gauges are very effective in positioning the part correctly. In the manual and traditional design of dies for forming large sheet metal parts, two positioners are usually used to position the sheet at each edge, therefore eight gauges are used in the four directions of the sheet, some of which do not seem to be necessary. In the present study, by establishing a relationship between Catia and Abaqus softwares and with the help of optimization methods, an integrated software system has been created that is able to automatically perform finite element analyzes and make changes in the input file according to the output of each analysis and perform the next analysis. At each stage, for a specific arrangement of gauges, the amount of deviation of the sheet during placement and forming is examined, which should not be more than the allowable limit. Applying changes to the input parameters according to the optimization algorithm and performing subsequent analyzes will continue until the problem converges to the best answer that suggests the arrangement of the positioning levels. To compare the results of this system with the traditional design, two examples are presented. The results show that with a smaller number of gauges than the traditional method, the blank can be positioned correctly and accurately in the die.
    Keywords: Automatic positioning system, stamping die design, modefrontier software