فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال هشتم شماره 9 (آذر 1400)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هشتم شماره 9 (آذر 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/17
  • تعداد عناوین: 6
|
  • رشید مهدوی، اسماعیل عمادالدین*، سید مهدی عباسی صفحات 1-13

    رفتار تغییرشکل گرم و اصلاح ریزساختار آلیاژ ATI425 با ریزساختار اولیه ی مارتنزیتی در ناحیه دوفازی β/α و تک فازی β در حین آزمون فشار گرم در دماهای 700-1100 C و نرخ کرنش های 0.001-1s-1 بررسی شد. منحنی سیلان آلیاژ در ناحیه دوفازی β/α و تک فازی β نشان داد که نرم شوندگی سیلان آلیاژ نتیجه ای از کروی شدن صفحات آلفا و بازیابی دینامیکی و تبلور مجدد دینامیکی به ترتیب در ناحیه دوفازی β/α و تک فازی β است. در ناحیه دوفازی آلفا/بتا در دماهای پایین و نرخ کرنش پایین تقسیم صفحات آلفا و پدیده نفوذ عامل اصلی کروی شدن صفحات آلفا و مکانیزم اصلاح ساختار است. آنالیز سینیتیکی آلیاژ پس از حذف تاثیر گرمای تغییرشکل و اصطکاک محاسبه شد. انرژی اکتیواسیون برای آلیاژ ATI425 kj/mol 403.226 و kj/mol 201.038 به ترتیب در ناحیه دوفازی آلفا/بتا و تک فازی بتا محاسبه شد. ارتباط خطی بین پارامتر زنرهولمان و تنش نشان می دهد که تنش سیلان روند پیش بینی شده ای از معادله بنیادی را دنبال می کند. نقشه فرایند استخراج شده در کرنش 5/0 سه ناحیه با ضریب اتلاف توان بیش از 40 درصد با حداکثر کارپذیری، بین 30-40 درصد با کارپذیری متوسط و کمتر از 30 درصد ناحیه با کارپذیری کم یا ناحیه ناپایداری را نشان داد.

    کلیدواژگان: آلیاژ ATI425، ساختار مارتنزیتی، بازیابی دینامیکی، تبلور مجدد دینامیکی، تقسیم صفحات آلفا
  • وحید رضایی، محمدرضا کرفی*، محمدحسین صادقی، سید پیمان هاشمی صفحات 14-22

    جابه جایی مذاب فلزات از دیرباز چالشی اساسی در صنعت بوده است. مشکلاتی نظیر خطرهای انسانی، تماس مذاب با هوا، تلاطم زیاد و عمر پایین تجهیزات در این صنعت وجود دارد. استفاده از پمپ الکترمغناطیسی جهت جابه جایی مذاب فلزات، بسیاری از مشکلات ظروف جابه جایی مذاب و نیز پمپ های مکانیکی را حل کرده است. در این مقاله با بررسی اثر پارامترهای اصلی در طراحی پمپ الکترومغناطیسی جریان مستقیم با سطح مقطع مستطیل شامل اندازه میدان مغناطیسی، میزان جریان الکتریکی اعمالی به سیال، ارتفاع کانال و عرض کانال به روش طراحی آزمایش پاسخ سطح، خروجی پمپ شامل سرعت سیال عبوری و نیروی لورنتز در بیشترین حالت قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد اندازه جریان الکتریکی اعمالی به سیال آب و نمک کلرید پتاسیم بیشترین تاثیر را بر پاسخ های مسئله دارد. همچنین مشخص شد که تغییر عرض کانال تاثیر چندانی بر پاسخ ها ندارد. این در حالی است که کاهش ارتفاع کانال اثر مثبت بر پاسخ سطح دارد. با ایجاد میدان مغناطیسی 0.3 تسلا و جریان 12 آمپر بر روی کانالی با ابعاد 10 × 30 میلیمتر سیال با سرعت m⁄s 0.27 تحت اثر نیروی حجمی N⁄m^3 5000جابه جا می شود. استفاده از طراحی آزمایش برای بهینه سازی پارامترهای طراحی پمپ الکترومغناطیسی منجر به بهینه سازی خروجی پمپ شده است. همچنین نتایج آزمون های تجربی صحت شبیه سازی ها، شامل حداکثر ارتفاع پمپاژ، دبی پمپ و سرعت سیال را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: پمپ الکترومغناطیسی، نیروی لورنتز، حل عددی، روش پاسخ سطح
  • امیررضا طرفدار، غلامحسین لیاقت*، سید علی طباطبائی قمی، مرتضی آقائی، حامد احمدی، حمیدرضا حفیظی اتابک، کیوان نصرت زادگان، محمدتقی رحیمی نژاد، سحر صادقی صفحات 23-36

    سوزن های ریل راه آهن یکی از مهم ترین بخش های سیستم حمل و نقل ریلی است. چراکه آنها اجازه اتصال دو مسیر مختلف از مسیر را می دهند و همین امر باعث انعطاف پذیری و آسانی کار می شود. اما بدلیل نیروی های تماسی و ضربه ای به هنگام تعویض مسیر توسط سوزن ها، فرسایش و خوردگی فراوانی در آنها بوجود می آید که علاوه بر تحمیل هزینه های تعویض، به قسمت های دیگر واگن ها نیز آسیب وارد کرده و خسارات را دوچندان می کند. پس برای جلوگیری از تغییرشکل های پلاستیک و خوردگی تحت بار های ضربه ای و سیکلی، باید مقاومت سطح سوزن افزایش پیدا کند. طبق استاندارد های موجود، سختی سطح ریل راه آهن بویژه در محل سوزن های مربوطه باید به طور متوسط بین HB 320-390 باشد. در پژوهش حاضر، پس از محاسبه مقدار انرژی لازم جهت سختکاری انفجاری از طریق تحلیل عددی و صحت سنجی نتایج در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی، بررسی پارامتریک صورت گرفته است. نتایج تحلیل عددی نشان داده است که ضخامت 4 میلیمتر، ضخامت بحرانی برای سختکاری است. چرا که ضخامت صفحه منفجره بالاتر از 4 میلیمتر سختی را به شدت افزایش می دهد. همچنین مدل عددی نشان داد که ضخامت های 5 و 7 میلیمتر برای قطعه راه آهن یکپارچه، مناسبترین و به صرفه ترین ضخامت است. نتیجه آزمایش انفجار روی قطعه سوزن نشان داد با انفجار صفحه هگزوشیت با ضخامت 7 میلیمتر روی آن مقدار سختی از HB161 قبل از انفجار به HB333در قسمت میانی سوزن و HB368در قسمت دماغه که تحت بار ضربه ای بیشتری است، افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: انفجاری، آباکوس، سختکاری، سوزن ریل راه آهن
  • آرش گودرزی، حمزه شاهرجبیان* صفحات 37-49
    در این پژوهش نانوکامپوزیت های پلی لاکتیک اسید /پلی اتیلن گلیکول / نانوذرات هیدروکسی آپاتیت (با درصد وزنی 0، 3و5) بطور موفقیت آمیزی به روش ریخته گری حلال در مخلوط کلروفرم تهیه شدند. به منظور تولید فوم نانوکامپوزیتی از روش توده ای با گاز خنثی Co2 استفاده شد. نمونه ها به صورت مجزا درون گلیسیرین داغ تحت یکی از شرایط دمایی فوم 90 ، 110 و 120 °C با زمان فوم 5 ، 37.5 و 70 ثانیه قرار داده شدند. دمای فوم، زمان فوم و درصد وزنی نانوذرات هیدروکسی آپاتیت به عنوان متغیرهای پژوهش در نظر گرفته شدند. هدف پژوهش آشکارسازی تاثیر پارامترهای فوم سازی بر فوم تولید شده در نمونه ها با استفاده از طراحی آزمایش پاسخ سطح بر مبنای مدل باکس - بنکن می باشد. مورفولوژی سلول های ایجاد شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و مقادیر چگالی نانوکامپوزیت ها از روش ارشمیدوس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد کمترین چگالی مربوط به نمونه حاوی 3% نانوذرات HA با دمای فوم 110 °C ، زمان فوم 37.5 ثانیه و چگالی 0.646 g/cm3 و بیشترین چگالی مربوط به نمونه فاقد نانوذرات HA با دمای فوم110 °C ، زمان فوم 5 ثانیه و چگالی 0.953 g/cm3 می باشد. بیشترین اندازه قطر سلول مربوط به نمونه حاوی 3% نانوذرات HA با دمای فوم 120 °C و زمان فوم 70 ثانیه و اندازه قطر سلول 49.86 µm بوده و کوچکترین اندازه قطر سلول مربوط به نمونه فاقد نانو ذرات HA با دمای فوم 120 °C ، زمان فوم 37.5 ثانیه و اندازه قطر سلول µm 6.32 می باشد.
    کلیدواژگان: پلی لاکتیک اسید، نانوذرات هیدروکسی آپاتیت، روش توده ای، چگالی فوم، اندازه سلول
  • شاهد میرزامحمدی، محمدمراد شیخی*، محمدرضا کرفی، مجتبی قدسی صفحات 50-59

    در این مقاله یک سنسور هیبریدی نوین بدون تماس استاتیکی مگنتواستریکتیو نیرو-گشتاور با استفاده از ماده گالفنل ارایه شده است. در ابتدا، روش طراحی سنسور در حالت های نیروی محوری و گشتاور پیچشی شرح داده شده است. خواص مغناطیسی-مکانیکی مواد مورد استفاده مانند نمودارهای B-H و نفوذپذیری مغناطیسی تحت پیش بارهای مکانیکی و میدان های مغناطیسی مختلف اندازه گیری شده و در برخی موارد بهبود یافته است که در شبیه سازی های المان محدود استفاده می شود. با استفاده از نتایج بدست آمده، سنسور توسط نرم افزار کامسول به صورت عددی شبیه سازی شده است. پس از آن، مجموعه سنسور با استفاده از نتایج شبیه سازی المان محدود ساخته شده و عملکرد آن به صورت تجربی در بارگذاری ها، جریان های الکتریکی و فرکانس های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. حساسیت، تکرارپذیری و خطای خطی بودن در دو حالت نیرو و گشتاور پیچشی به طور جداگانه ارایه و شرایط مطلوب عملکرد سنسور گزارش شده است. سپس، صحت نتایج شبیه سازی عددی در مقایسه با نتایج تجربی سنجیده شده است. در نهایت، مشخصات عملکردی سنسور در شرایط بهینه گزارش شده و مشاهده شد که حساسیت سنسور با افزایش جریان الکتریکی و فرکانس جریان افزایش می یابد. حداکثر حساسیت در حالت بار محوری و بار پیچشی به ترتیب mV/kgf 7349/0 و mV/N.m 24/2 می باشد.

    کلیدواژگان: سنسور، مگنتوالاستیسیته، نیرو، گشتاور، گالفنل
  • پیام سرائیان*، احسان شکوری صفحات 60-69

    امروزه با توجه به اهمیت کاهش زمان بین طراحی تا تولید محصول، استفاده از روش هایی نظیر لایه نشانی مذاب (FDM)، به عنوان جایگزین مناسبی در مقایسه با روش های تولید کاهشی به شمار می رود. پلی لاکتیک اسید (PLA)، به عنوان یک پلیمر زیست سازگار در بسیاری از زمینه های مهندسی و پزشکی کاربرد دارد. بهبود قابلیت تحمل بارگذاری طولانی مدت در چنین محصولاتی یکی از معیارهای ضروری جهت اطمینان از عملکرد مناسب این قطعات می باشد. در این پژوهش، به منظور بررسی خواص خستگی و خزشی نمونه های ساخته شده از پلیمر پلی لاکتیک اسید طی روش لایه نشانی مذاب، به ارزیابی تاثیر پارامترهای ارتفاع لایه ها، ضخامت لایه ها، درصد پرشدگی و الگوی پرشدن بر رفتار خستگی و مقاومت خزشی نمونه ها پرداخته شد. همچنین به منظور بهره مندی از تحلیل آماری از روش سطح پاسخ استفاده گردیده است. آنالیز واریانس (ANOVA) نشان داد، درصد پرشدگی و ضخامت لایه بیشترین تاثیر را بر افزایش عمر خستگی و کاهش نرخ خزشی نمونه ها داشته است. نتایج نشان داد، لایه-نشانی به ازای ارتفاع لایه0.1 میلی متر، ضخامت لایه0.3 میلی متر، درصدپرشدگی 75% با استفاده از الگوی لانه زنبوری بالاترین عمرخستگی و مقاومت خزشی نمونه ها را در پی داشته است.

    کلیدواژگان: لایه نشانی مذاب، پلی لاکتیک اسید، خستگی خمشی دورانی، خزش
|
  • Rashid Mahdavi, Esmaeil Emadoddin *, Seed Mehdi Abbasi Pages 1-13

    Hot deformation behavior and microstructure evaluation of ATI425 alloy with initial martensite microstructure in single-phase and two-phase region in the temperature range of 700-1100˚C and strain rate of 0.001-1s-1 were investigated. The flow curves of the alloy in the α/β region and β-single phase showed that the flow softening of the alloy is the result of spheridization of alpha plates and dynamic recovery and dynamic recrystallization in the α/β phase and β single phase, respectively. In the α/β phase region at low temperatures and low strain rates, the splitting of the alpha plates and the penetration phenomenon are the main causes of alpha plate sphericity and the structure modification mechanism. Kinetic analysis of the alloy was calculated after removing the effect of adiabatic heat and friction. The activation energies for the ATI425 alloy were calculated to be 403.226 kj/mol and 201.038 kj/mol in the α/β and β regions, respectively. The linear relationship between the Zener-Holman parameter and the stress indicates that the flow stress follows the predicted trend of the equation. The process map extracted at 0.5 strain showed that the three zones, instability, safe zone and peak zone with power dissipation efficiency 0 -0.30%, 30-40% and above 40%.

    Keywords: ATI425 alloy, martensite microstructure, Dynamic recovery, Dynamic recrystallization, splitting of the alpha plates
  • Vahid Rezaee, Mohammad Hossein Sadeghi, Seyed Peyman Hashemi Pages 14-22

    Transporting molten metals is one of challenges in industries. Dangers for human, oxidation, torbulance and reduction of equipment life are problems of the transportation. Electromagnetic pumps have solved problems of using molten containers and also mechanical pumps. In this paper, by examining the effect of main parameters in the design of a direct current electromagnetic pump with a rectangular cross section (magnetic field size, electric current applied to the fluid, channel height and width) by the surface response method, the pump output including flow velocity and The Lorentz force is optimized. The results show that the amount of electric current applied to the fluid has the greatest effect on the response surfaces. It is also found that changing the channel width had little effect on responses. However, reducing the channel height has a positive effect on the response levels. By creating a magnetic field of 0.3 Tesla and a current of 12 amps on a channel with dimensions of 30 X 10 mm, the fluid with a velocity of 0.27 m⁄s is displaced by a volumetric force of 5000N⁄m^3. The method used in this paper optimized the output parameter of the pump. Experimental tests verify the results of simulations, including the maximum pumping height, pump flow and fluid velocity in the pump.

    Keywords: Electromagnetic pump, Lorentz force, Numerical Solution, surface response method
  • Amirreza Tarafdar, Seyed Ali Tabatabee, Morteza Aghaei, Hamed Ahmadi, Hamidreza Hafizi Atabak, Keyvan Nosratzadegan, Mohammad Taghi Rahiminezhad, Sahar Sadeghi Pages 23-36

    In the railway transportation system, frogs play a crucial role. Frogs provide flexibility in the transportation system due to their intersecting different paths. During the transition of the rail, contact and impact forces are applied to the main body and nose of the frog, causing degradation and wear. Furthermore, impact forces cause extensive wheel damage and higher maintenance costs. As a result, the frog's wear resistance needs to be improved in order to prevent unusual plastic deformations and wear degradation under cyclic loadings. Explosive work-hardening is one of the most effective and cost-effective methods for increasing the hardness of Hadfield's steel to match the properties of railway materials. The hardness of the frog's running surface is between 320 and 390 HBW, according to relevant Standards. The experimental results were validated against FE analysis after calculating optimal explosive energy using a numerical approach, and then the DOI were adopted based on numerical results. According to the FE model, the critical thickness of explosive material is 4 mm, and increasing the thickness of explosive plate significantly increased the hardness. Furthermore, the FEM results revealed that the 5- and 7-mm thicknesses of explosive plate produced the best results in the rail hardening process. The hardness of railway frogs was increased from 161 HBW to 326 HBW and 347 HBW, respectively, by using 7 mm thick explosive plate in the hardening process.

    Keywords: Explosive work-hardening, ABAQUS, Railway frog, Railway switches
  • Arash Goodarzi, Hamzeh Shahrajabian * Pages 37-49
    Nanocomposite foam has small cells due to the presence of reinforcing materials in nanoscale and the presence of neutral gas as a blowing agent . In the foaming process, there are four variables to control the process of saturation time, saturation pressure, foaming time and foaming temperature. In this study, foam temperature, foam time and weight percentage of hydroxyapatite nanoparticles were considered as variables. Nanocomposite samples were prepared by solvent casting. The samples are saturated in a tank with a constant pressure of 3.5 MPa by neutral CO2 gas and after 6 hours the samples are taken out of the tank and separately into hot glycerin under one of the temperature conditions of 90, 110 and 120% with a time of 5 , 37.5 and 70 seconds were placed. The temperature of glycerin and the storage time of the sample inside it are called the temperature and time of the foam. The aim of this study was to prepare porous nanocomposite samples with polylactic acid / polyethylene glycol background and hydroxyapatite nanoparticles with 3% and 5% by weight by mass method, to reduce the density and create a suitable cell diameter inside the samples. The results showed that with increasing foam time from 5 to 70 seconds and foam temperature from 90 to 120 ° C, the density decreases and the cell diameter increases. Increasing the nanoparticles to 3% decreases the density and increases the cell diameter and values of 5% increases the density and decreases the cell diameter.
    Keywords: Polylactic Acid, Hydroxyapatite, Mass method, Foam Density, Cell size
  • Shahed Mirzamohammadi, Mohammad Morad Sheikhi *, Mohammad Reza Karafi, Mojtaba Ghodsi Pages 50-59

    This paper presents a novel Contactless Hybrid Static Magnetostrictive Force-Torque sensor using Galfenol. Initially, the sensor's design principles in axial force and torque measurements are described. The magneto-mechanical properties of used materials, such as B-H curves and magnetic permeabilities are measured under various mechanical preloads and magnetic fields and improved in some cases. These properties are used in finite element method. The sensor is evaluated numerically using COMSOL Multiphysics® software based on the obtained experimental results. Afterward, the sensor is fabricated based on finite element method results and experimentally tested in different electrical currents and excitation frequencies. Sensitivity, repeatability and linearity errors are presented separately in force and torque measurements in optimal operating condition of the sensor. Then, the finite element method results are verified with the experimental results. Finally, the performance characteristics of the sensor in optimal conditions are presented and it is found that the sensitivity increases while increasing the electrical current (or magnetic field) and frequency. The maximum sensitivities for axial load and torque measurements are obtained at 0.7349 mV/kgf and 2.24 mV/N.m, respectively.

    Keywords: Sensor, Magnetoelasticity, force, torque, Galfenol
  • Ehsan Shakouri Pages 60-69

    Today, due to the importance of reducing the time between design and production, the use of methods such as fused deposition modeling (FDM), is considered as a good alternative compared to reduction production methods. Poly lactic acid (PLA) is used as a biocompatible polymer in many engineering and medical fields. Improving the long-term load bearing capacity of such products is one of the essential criteria to ensure the proper performance of these components. In this study, in order to improve the fatigue life and creep resistance of samples made of poly lactic acid polymer during the fused deposition modeling, to evaluate the effect of layer height, layer thickness, infill percentage and infill pattern on fatigue behavior. And creep resistance of the samples was investigated. Also, in order to benefit from statistical analysis, the response surface methodology has been used. Analysis of variance (ANOVA) showed that the percentage of filling and layer thickness had the greatest effect on increasing the fatigue life and reducing the creep rate of the samples. The results showed that layering based on layer height of 0.1 mm, layer thickness of 0.3 mm, infill percentage of 75% using honeycomb pattern had the highest fatigue life and creep resistance of the samples.

    Keywords: Fused deposition modeling (FDM), PLA, Rotary fatigue bending, Creep