علی زین العابدین بیگی
-
یکی از چالش های ساخت پیچ های ارتوپدی از جنس آلیاژ Ti6Al4V، نیاز به فرایند تولید سریع، مقرون به صرفه و با قابلیت ماشین کاری فلزات سخت ماشین کاری شونده می باشد. بر همین اساس، در این مطالعه سینماتیک فرایند رزوه تراشی گردابی جهت ساخت پیچ های ارتوپدی از جنس آلیاژ Ti6Al4V توسعه داده شده است و اثر پارامترهای برش بر دقت ابعادی و بافت سطح پیچ های ستون فقرات مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از این روش می توان به سرعت بالای تولید در عین حفظ دقت بسیار بالا دست پیدا کرد. به همین منظور پارامترهای اصلی فرایند شامل سرعت دورانی ابزار و نرخ پیشروی قطعه کار در دو سطح تغییر یافتند و در مجموع چهار نمونه ساخته شد. پارامترهای مورد بررسی شامل زبری، بافت سطح ریشه رزوه و دیواره جانبی پروفیل و همچنین اندازه زاویه رزوه بودند. نتایج نشان داد که استفاده از نرخ پیشروی بالاتر باعث زبرتر شدن سطح ریشه رزوه شده و اثر شخم زنی را کاهش می دهد. این افزایش زبری با توجه به رشد بهتر سلول های بافت روی سطح و افزایش استحکام پیچ در بافت استخوانی ایده آل بود. از سوی دیگر، افزایش سرعت برشی، علی رغم ایجاد بافت دندانه ای روی دیواره رزوه، به واسطه کاهش نیروی برش و حذف خرابی تاج رزوه، باعث افزایش کیفیت پیچ نهایی گردید. اثر پارامترهای برش بر اندازه زاویه رزوه با توجه به تولرانس ساخت مدنظر قابل چشم پوشی بود.کلید واژگان: رزوه تراشی گردابی, پیچ ستون فقرات, Ti6al4vThe production of orthopedic screws of Ti6Al4V alloy presents challenges due to the need for a fast, cost-effective method of cutting difficult-to-cut alloys. This study addresses these issues by determining the kinematics of thread whirling for orthopedic screws made of Ti6Al4V alloy and investigating the effect of cutting parameters on the dimensional accuracy and texture of spinal screws. The proposed method enables rapid production while maintaining high precision. The main process parameters, such as tool rotational speed and workpiece feed rate, were varied at two levels for a total of four samples. The output parameters included surface roughness, thread root surface texture, sidewall profile, and thread angle. The results showed that a higher feed rate produced a rougher thread root surface and a lower ploughing effect. This increased roughness was considered ideal because it promotes cell growth on the screw surface and improves screw osteointegration in bone tissue. Furthermore, increasing the cutting speed, while creating a serrated texture on the thread wall, improved overall screw quality by reducing cutting force and eliminating crown thread defects. Within the specified manufacturing tolerance, the effect of cutting parameters on thread angle was negligible.Keywords: Thread Whirling, Pedicle Screw, Ti6al4v
-
نشریه کارافن، سال بیستم شماره 64 (پاییز 1402)، صص 267 -285در این مقاله از یک ربات لامسه ای سه درجه آزادی برای شبیه سازی جسمی مجازی واقع بر نقطه ای بر روی یک دیوار دو بعدی استفاده شده است. دو مولفه مکانی نقطه کاری روی دیوار دلخواه بوده و لذا این ربات دو درجه آزادی افزونه برای این کار خواهد داشت که توسط روش های بهینه سازی کلونی زنبور عسل مصنوعی و الگوریتم بهینه سازی کلاغ به گونه ای مشخص شده اند تا ضمن تضمین پایداری ربات، ضریب میرایی جسم مجازی قابل شبیه سازی نیز بیشینه شود. فرایند بهینه سازی توسط هر روش در دو حالت مختلف انجام شده است. در حالت اول سفتی ربات در کل فضای کاری مقداری ثابت فرض شده و در حالت بعدی سفتی تابعی از پیکره بندی ربات در نظر گرفته شده است. در هر حالت، ابتدا مقادیر جرم، ضریب میرایی موثر و سفتی موثر ربات به دست آمده و سپس از روابط تئوری مرز عملکرد پایدار ربات به دست می آید. در نهایت روش های بهینه سازی مذکور، محل نقطه کاری را به گونه ای مشخص می کنند که ضریب میرایی قابل شبیه سازی بیشینه شود. نتایج نشان می دهند که در حالت ثابت بودن سفتی ربات، هر دو روش مذکور توانایی شبیه سازی مقدار بیشینه 825/1 را برای ضریب میرایی مجازی داشتند. حال آن که در حالت متغیر بودن سفتی ربات، الگوریتم کلاغ و زنبور عسل به ترتیب به مقادیر 2502 و 2498 به عنوان بیشینه ضریب میرایی قابل شبیه سازی رسیدند. همچنین با وجود آن که تعداد محاسبه تابع هزینه در هر دو روش یکسان است، اما الگوریتم بهینه سازی کلاغ سریع تر و تکرار پذیرتر است.کلید واژگان: ربات لامسه ای, پایداری, بهینه سازی, کلونی زنبور عسل مصنوعی, الگوریتم بهینه سازی کلاغ, افزونگیKarafan, Volume:20 Issue: 64, 2023, PP 267 -285In the present research, a three-degree-of-freedom haptic device was used to simulate a virtual object located on a point on a two-dimensional wall. Two spatial coordinates of the operating point on the wall were arbitrary. Therefore, the robot would have two degrees of freedom redundancy for this task. These two degrees of robot redundancy were specified by the artificial bee colony optimization and crow optimization algorithm in such a way that while ensuring the stability of the robot, the damping coefficient of the simulated virtual object was also maximized. The optimization process was performed in two different ways. In the first case, the stiffness of the robot was assumed to be a constant value in the whole workspace, while in the second case, the stiffness was considered a function of the robot configuration. In each case and at each operating point, first an effective mass, an effective damping coefficient, and an effective stiffness for the robot were obtained, and then using some theoretical relations, a stable operation boundary was obtained. Finally, the optimization methods specify the location of the operating point in such a way that the simulated damping coefficient was maximized. The results show that in the case of constant robot stiffness, both of the mentioned methods were able to simulate the maximum value of 1.825 for the virtual damping coefficient. However, in the case of variable robot stiffness, the crow and bee algorithms reached the values of 2502 and 2498, respectively as the maximum damping coefficient that could be simulated. In addition, although the number of cost function calculations is the same in both methods, the crow optimization algorithm was faster and more repeatable.Keywords: Haptic device, Stability, optimization, Artificial bee colony optimization, Crew Optimization Algorithm, redundancy
-
نشریه کارافن، سال بیستم شماره 61 (بهار 1402)، صص 197 -221
فرایند شکل دهی غلتکی سرد یکی از فرایندهای متداول شکل دهی پروفیل های فلزی در صنعت است. به دلیل ماهیت تغییر شکل خمشی که در ورق بر اثر فرایند شکل دهی غلتکی سرد رخ می دهد، یکی از مهم ترین عیوب غیرقابل اجتناب در محصول عیب برگشت فنری است. در این مقاله به تاثیر وجود سوراخ و موقعیت آن بر روی میزان برگشت فنری ایجادشده به روش تجربی و عددی پرداخته شده است. جهت بررسی اثر موقعیت سوراخ از سه پروفیل با مقطع کانالی از جنس St12 با ضخامت 1 میلی متر به صورت بدون سوراخ، دارای سوراخ دایره ای در مرکز ناحیه خم و دارای سوراخ بر روی بال پروفیل در نزدیکی ناحیه خم استفاده شد. شکل دهی غلتکی سرد در سه ایستگاه با الگوی شعاع خم ثابت با خم کاری 15 درجه در هر ایستگاه شکل دهی و حل عددی با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس انجام شد. نتایج حاکی از آن است که میان میزان برگشت فنری و موقعیت سوراخ ارتباطی وجود دارد به این صورت که میزان برگشت فنری در پروفیل دارای سوراخ روی ناحیه خم 9 درصد بیشتر از پروفیل بدون سوراخ و در پروفیل دارای سوراخ در نزدیکی ناحیه خم 16 درصد کمتر از پروفیل بدون سوراخ است. همچنین طبق نتایج اجزاء محدود مشاهده شد که میزان کرنش مومسان معادل وارده به ناحیه خم پروفیل دارای سوراخ روی ناحیه خم 20 درصد کمتر و در پروفیل دارای سوراخ در نزدیک ناحیه خم 16 درصد بیشتر از پروفیل بدون سوراخ است که می تواند علت اختلاف مشاهده شده در برگشت فنری را توجیه کند.
کلید واژگان: شکل دهی غلتکی سرد, برگشت فنری, ورق سوراخ دار, شبیه سازی اجزاء محدودKarafan, Volume:20 Issue: 61, 2023, PP 197 -221The cold roll forming is one of the common processes to form metal profiles in the industry. Due to the nature of the bending deformation in cold roll forming process, spring-back is one of the most important defects. In order to compensate the spring-back, the amount of spring-back must be correctly predicted. In this article, the effect of the hole and its position on the spring-back has been investigated by experimental and numerical methods. three channel section profiles made of St12 and thickness of 1 mm, without hole, with circular holes on the bend area and with holes on the flange were used. Cold roll forming was done in three stations with a fixed bending radius pattern with 15 degree bending in each forming station and numerical solution using Abaqus finite element software. The results indicate that there is a relationship between the amount of spring-back and the position of the hole in such a way that the amount of spring-back in hole on the bend area profile is 9% more than the hole-less profile and in hole on the flange profile is 16% less than hole-less profile. Also, according to finite elements results, it was observed that the amount of equivalent strain in the bend area of the profile with holes on the bend area is 20% less and in the profile with holes near the bend area is 16% more than the profile without holes, which can justify the difference observed in the amount of spring-back.
Keywords: Cold roll forming, Spring-back, Pre-punched sheet, Finite element simulation -
از صفحات دوقطبی فلزی به عنوان یکی از بخش های اصلی تشکیل دهنده پیل سوختی می توان یاد کرد. روش های مختلفی نظیر فرایندهای شکل دهی هیدروفرمینگ، الکترومغناطیسی، استمپینگ و شکل دهی لاستیکی برای تولید این صفحات به کار می رود. در این مطالعه، اثر لایه لاستیکی در تولید صفحات دوقطبی فلزی به روش شکل دهی لاستیکی بررسی شده است. برای شکل دهی صفحات دوقطبی از جنس SS316 با ضخامت 1/0 میلی متر از قالبی با الگوی محدب و شیارهای مارپیچ موازی استفاده گردید. در ابتدا اثر نیروی شکل دهی بر عمق کانال در دو راستای عرضی و طولی مطالعه شد. نتایج آزمایشگاهی حاکی از آن است که نسبتی مستقیم بین عمق کانال و نیروی اعمالی وجود دارد و در راستای عرضی بیشترین میزان عمق کانال در نیروهای مختلف رخ می دهد. علاوه بر این اثر سختی لاستیک بر عمق کانال صفحات دوقطبی بررسی و مطالعه شد. نتایج به دست آمده نشان داد که حداکثر عمق کانال با افزایش سختی لاستیک، کاهش می یابد. از سوی دیگر، با کاهش زیاد سختی لایه لاستیکی، تامین فشار لازم برای شکل دهی ورق با مشکل مواجه خواهد شد. در ادامه عمق کانال های میانی و کناری در راستای طولی با هدف بررسی دقت ابعادی کانال ها، اندازه گیری شدند. نتایج آزمایشگاهی نشان داد عمق کانال ها در این راستا یکنواخت می باشد که این موضوع نشان دهنده دقت ابعادی قابل قبول برای نمونه های شکل داده شده است.کلید واژگان: شکل دهی فلزات, شکل دهی لاستیکی, پیل سوختی پلیمری, صفحات دوقطبی فلزی, سختی لاستیکKarafan, Volume:19 Issue: 59, 2023, PP 53 -70Metallic bipolar plates can be mentioned as one of the main components of the fuel cell. Various methods such as hydroforming process, electromagnetism, stamping, and rubber forming are used to produce these plates. In this study, the effect of rubber layer on the production of the metallic bipolar plate by the rubber forming method was investigated. The forming die with a convex pattern and parallel helical grooves was used to fabricate bipolar plates made of SS316 with a thickness of 0.1 mm. First, the effect of forming force on channel depth in both transverse and longitudinal directions was studied. Experimental results indicated that there is a direct relationship between the depth of the channel and the applied force, and the maximum depth of the channel occurs in the transverse direction. In addition, the effect of hardness of rubber on the channel depth of bipolar plates was investigated. The results showed that the maximum depth of the channel decreases with increasing hardness of the rubber. On the other hand, with a large decrease in the hardness of the rubber layer, it would be difficult to provide the pressure for applying the plastic deformation on the sheet metal. Then, the depth of the middle and side channels in the longitudinal direction was measured in order to evaluate the dimensional accuracy of the channels. The experimental results showed that the depth of the channels is uniform in this direction, which indicates the acceptable dimensional accuracy for the fabricated samples.Keywords: Metal forming, Rubber pad forming, PEM fuel cell, Metallic bipolar plate, hardness of rubber
-
یکی از اهداف اصلی در تولید محصولات ورقی با استفاده فرایند هیدروفرمینگ، دستیابی به کمترین نازک شدگی و نیروی شکل دهی لازم می باشد. در این مقاله، با استفاده از روش طراحی آزمایش و تحلیل اجزای محدود، فرایند شکل دهی ورق مسی با روش کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا با استفاده از طراحی آزمایش به روش تاگوچی، آزمایش های لازم طراحی شده است. در این طراحی، فشار بیشینه سیال، سرعت سنبه، ضریب اصطکاک سنبه با ورق، ضریب اصطکاک قالب با ورق، فاصله بین ورق گیر و ماتریس، شعاع گوشه سنبه، شعاع گوشه ماتریس و فشار پیش بشکه ای به عنوان متغیرهای ورودی و نسبت نازک شدگی و نیروی سنبه، به عنوان توابع پاسخ در نظر گرفته شدند. در ادامه با استفاده از روش اجزای محدود، آزمایش های طراحی شده به کمک مدل اجزای محدود صحت سنجی شده اجرا و خروجی های مورد نظر استخراج شدند. در پایان با انجام بهینه سازی به روش تاگوچی، سطوح بهینه پارامترهای ورودی به دست آمده و سپس آزمایش های تاییدی با استفاده از شبیه سازی اجزای محدود انجام شدند. نتایج نشان می دهد که پارامترهای شعاع گوشه سنبه و شعاع گوشه ماتریس، مهم ترین پارامترها برای تابع پاسخ نازک شدگی هستند. همچنین فشار بیشینه سیال، تاثیرگذارترین پارامتر بر نیروی سنبه می باشد.کلید واژگان: کشش عمیق هیدرودینامیکی, فشار شعاعی, بهینه سازی, روش تاگوچی, اجزا محدودAchieving the minimum thinning and required forming force is one of the main purposes in the manufacturing of sheet products using the hydroforming process. This paper investigates forming of the copper sheet using the hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure via the design of experiment method and finite element (FE) analysis. Firstly, the necessary experiments have been designed using the Taguchi design of experiment method. In this design, maximum fluid pressure, punch velocity, the friction coefficient between punch and sheet, the friction coefficient between die and sheet, the gap between blankholder and die, punch nose radius, die entrance radius, and prebulge pressure were considered as input variables and thinning ratio and punch force considered as response functions. Then, designed experiments were performed using an experimental verified FE model and the desired results were obtained. Finally, the optimum levels of input variables were obtained using the Taguchi optimization method and the confirmation experiments were performed using the FE simulation. Results show that the punch nose radius and die entrance radius are the essential parameters on the thinning ratio. Also, the maximum fluid pressure is the most effective parameter on the punch force.Keywords: Hydrodynamic Deep Drawing, Radial Pressure, optimization, Taguchi method, Finite Element
-
توزیع ضخامت یکی از پارامترهای مهم در فرایندهای شکل دهی فلزات ورقی می باشد. در این مقاله شکل دهی فنجان های استوانه ای سرتخت فولادی با استفاده از فرایند کشش عمیق هیدرودینامیکی به صورت آزمایشگاهی و شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا فرایند با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس شبیه سازی شد. در ادامه نتایج حاصل از شبیه سازی اجزای محدود با نتایج آزمایش های تجربی مقایسه شده است. مقایسه نتایج نشان داد که توزیع ضخامت و نیروی سنبه در دو روش آزمایشگاهی و عددی از تطابق قابل قبولی برخوردارند. سپس با استفاده از مدل اجزای محدود صحت سنجی شده، تاثیر پارامترهای فرایند نظیر ضریب اصطکاک بین سنبه و ورق، ضریب اصطکاک بین ورق گیر و ورق، شعاع گوشه سنبه و ماتریس و همچنین فاصله بین ورق گیر و ماتریس بر روی حداکثر میزان نازک شدگی فنجان های فولادی بررسی شده است. در پایان این نتیجه حاصل شد که ناحیه شعاع گوشه سنبه، ناحیه بحرانی شکل دهی می باشد زیرا بیشینه میزان نازک شدگی در این ناحیه رخ می دهد. همچنین با افزایش ضریب اصطکاک بین ورق با سنبه میزان نازک شدگی حداکثر در ناحیه شعاع سنبه به میزان 10% کاهش می یابد. به علاوه، با افزایش ضریب اصطکاک بین ورق با ورق گیر میزان نازک شدگی حداکثر به میزان 20% افزایش می یابد. همچنین با افزایش شعاع گوشه سنبه و ماتریس، میزان نازک شدگی حداکثر به میزان 25% کاهش یافته است و نیز با افزایش فاصله بین ماتریس و ورق گیر میزان نازک شدگی حداکثر به میزان 10% کاهش می یابد.کلید واژگان: کشش عمیق هیدرودینامیکی, فنجان فولادی, شبیه سازی اجزای محدود, نازک شدگیThickness distribution is one of the important parameters in the sheet metal forming processes. This paper investigates the forming of flat cylindrical cups made of steel using the hydrodynamic deep drawing process via experiment and simulation. At first, the process was simulated using the ABAQUS finite element software. Afterward, the results of the finite element simulation are compared with results of the experiments. Comparing the results showed that the thickness distribution and punch force have an acceptable agreement in the experiment and numerical methods. Then, using the validated finite element model, the effect of the process parameters including the friction coefficient between the punch and the sheet, the friction coefficient between the blank holder and the sheet, the corner radius of the punch and the die, as well as the gap between the blank holder and the die on the maximum thinning of the steel cups have been investigated. Finally, the obtained results revealed that the corner radius zone of the punch is the critical forming zone since the maximum thinning occurs in this region. Also, by increasing the friction coefficient between the sheet and the punch, the maximum thinning decreases by 10% at the corner radius zone of the punch. In addition, by increasing the friction coefficient between the sheet and the blank holder, the maximum thinning increases by 20%. Likewise, by increasing the corner radius of the punch and the die, the maximum thinning decreases by 25%, and also, by increasing the gap between the die and the blank holder, the maximum thinning decreases by 10%.Keywords: Hydrodynamic Deep Drawing, Steel Cup, Finite element simulation, Thinning
-
یکی از حساس ترین و پرکاربردترین فرآیندهای ماشینکاری در جراحی ها و مهندسی پزشکی، فرآیند سوراخکاری استخوان می باشد. در این فرآیند سعی برآن است تا نیروی محوری وارد بر بافت استخوان حین عمل جراحی کمینه شود. برای کاهش نیرو روش های مختلفی از جمله استفاده از انجتم فرآیند در حالت سرعت بالا، خنک کاری با گاز، نوسانات فراصوتی، تغییر جنس و هندسه ابزار و همچنین استفاده از ابزارهای پوشش دار مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این مقاله بررسی اثر یک نوع نانو پوشش بر روی ابزار از جنس تیتانیوم نیتراید و بررسی اثر پارامترهای ورودی موثر بر روی رفتار نیرو در سوراخکاری ارتوپدی با در نظر داشتن الزامات پزشکی می باشد. در این پژوهش ماده پلیمری پلی متیل متاکریلات که خواصی نزدیک به استخوان دارد انتخاب و با ایجاد نانو پوشش از جنس تیتانیم نیترید بر روی ابزار، اثر سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار بر روی نیروی فرایند سوراخکاری با استفاده از طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ، مدل سازی و معادله رگرسیون خطی مرتبه دوم حاکم بر مدل استخراج شده است. همچنین مقادیر بهینه هریک از پارامترهای ورودی به منظور دستیابی به بهترین و کمینه ترین مقدار نیروی ایجاد شده در حین سوراخکاری ارتوپدی ارایه شده است. نتایج نشان داده است که ایجاد نانوپوشش تیتانیم نیترید باعث کاهش نیرو به مقدار 40 درصد شده است. همچنین نیروی محوری با بیشترین مقدار سرعت برشی و کمترین مقدار سرعت پیشروی و در ابزارهای با قطر کمتر، کاهش قابل ملاحظه ای داشته است..کلید واژگان: ماشینکاری, سوراخکاری پلی متیل متاکریلات, نیرو, روش سطح پاسخ, نانو پوشش پزشکیOne of the most significant and applicable machining processes in surgeries and medical engineering is the bone drilling process. In this process, it is intended to minimize the axial force on the bone tissue during surgery. To reduce force, different methods have been considered; including the use of a variety of lubricants, ultrasonic oscillations, material replacement, tool geometry, and also the use of coated tools. The purpose of this paper is to investigate the effect of a specific type of nano coating on steel tool, and to investigate the effect of effective input parameters on force behavior in orthopedic drilling with medical requirements in mind. In this study, the polymeric material of poly-methyl-meta-carylate (PMMA), which has similar properties to the bone, was selected; and by creating titanium nitride nano coating on the tool, the effect of tool rotational speed, feed rate, and the tool diameter on the drilling process force have been extracted using the design of experiment by the response surface method, modeling and second-order linear regression equation governing the model. The optimum values of each input parameter are also presented in order to achieve the minimum and the best amount of force created during orthopedic drilling. The results show that the creation of titanium nitride nano coating reduces the force by 40 percent. Also, the axial force with the maximum cutting speed, the minimum feed rate, and in the tools with smaller diameters has been significantly reduced.Keywords: machining, Poly-methyl-meta-carylate drilling, force, response surface method, Medical nano coating
-
نشریه کارافن، سال نوزدهم شماره 57 (بهار 1401)، صص 145 -164ورق های ترکیبی جوشکاری شده با هدف کاهش وزن در صنایع خودرو و هوا فضا به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند. مطالعه ی فرایندهای شکل دهی این ورق ها، بررسی شکل پذیری آن ها، همچنین کنترل عواملی از قبیل جابجایی خط جوش در حین شکل دهی می تواند به توسعه ی کاربرد آن ها کمک نماید. فرایند شکل دهی ورق به کمک بالشتک لاستیکی از فرایندهای شکل دهی با انعطاف پذیر است که ورق در اثر اعمال فشار یک سنبه صلب و با کمک یک بلوک لاستیکی دچار تغییر شکل می شود. در این مقاله فرایند شکل دهی ورق ترکیبی با جنس یکسان و تفاوت ضخامت در دو بخش جوش شده، به کمک بالشتک لاستیکی بر مبنای روش اجزای محدود و با استفاده از نرم افزار ABAQUS شبیه سازی شده است. به کمک روش طراحی آزمایش اثر عوامل مختلف از جمله اصطکاک، ضخامت ورق های تشکیل دهنده لوح ترکیبی و نیروی ورق گیر اعمالی به دو بخش ورق ترکیبی بر حداکثر میزان جابجایی خط جوش مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد افزایش ضخامت بخش های تشکیل دهنده ورق ترکیبی، افزایش نیروی ورق گیر اعمالی به هر یک از بخش ها و کاهش اصطکاک بین ورق و سنبه باعث کاهش حداکثر مقدار جابجایی خط جوش می شود. همچنین افزایش نسبت ضخامت در ورق ترکیبی، به افزایش حداکثر جابجایی خط جوش منجر می شود. افزایش همزمان ضخامت هر بخش و نیروی ورق گیر وارد بر آن بخش و یا بخش مقابل باعث کاهش حداکثر مقدار جابجایی خط جوش می شود.کلید واژگان: شکل دادن فلزات, ورق ترکیبی جوشکاری شده, شکل دهی به کمک بالشتک لاستیکی, جابجایی خط جوش, روش اجزای محدودKarafan, Volume:19 Issue: 57, 2022, PP 145 -164Tailor welded blanks (TWBs) are increasingly used in the automotive and aerospace industries with the aim of reducing weight. Studying the forming processes of these sheets, examining their formability, as well as controlling factors such as the displacement of the weld line during forming can help to develop their application. The rubber pad forming process is a flexible forming process in which the sheet is deformed due to the pressure of a rigid punch with the help of a rubber cushion. In this paper, the rubber pad forming of tailor welded blank consisting of two welded sections with the same material but different thicknesses were simulated based on the finite element method and using ABAQUS software. The effects of various factors such as friction, thicknesses of the sheets that compose the TWB and the force applied to each section on the maximum displacement of the weld line were investigated through the use of a design of an experimental method. The results illustrated that increasing the thicknesses of the sheets that compose TWB, increasing the blank holding forces applied to each section, and reducing the friction between the TWB and the punch reduce the maximum amount of weld line displacement. In addition, increasing the thickness ratio of tailor welded blank led to an increase in the maximum weld line displacement. The simultaneous increase in the thickness of each section and the blank holding force applied to that section or the opposite section reduced the maximum amount of weld line displacement.Keywords: Metal forming, Tailor welded blank, Rubber pad forming, Weld line displacement, Finite element method
-
در تحقیق حاضر، اثر پارامترهای مختلف عملیات سوراخکاری مانند سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار بر میزان آسیب ایجاد شده در محل سوراخکاری چندلایه های کامپوزیتی به صورت آزمایشگاهی و تحلیل آماری مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور چندلایه کامپوزیتی شیشه/اپوکسی 12 لایه با پارچه بافته شده شیشه با بافت ساده و با استفاده از روش لایه چینی دستی ساخته شده و با انجام عملیات سوراخکاری با استفاده از ماشین فرز کنترل عددی، مورد آزمایش قرار گرفتند. آنگاه متغیر آسیب تعریف شده و با استفاده از میکروسکوپ نوری، نواحی آسیب شناسایی و مورد بررسی قرار گرفته است. سپس با استفاده از روش تحلیل حساسیت سوبل، به بررسی تاثیر هر یک از پارامترهای یاد شده در بالا، بر متغیر آسیب تورقی ایجاد شده در ناحیه سوراخکاری پرداخته شده است. نتایج آماری نشان می دهند که برای تحلیل متغیر آسیب، می بایست اثر همزمان سرعت پیشروی به همراه سرعت دورانی ابزار را در نظر گرفت به طوریکه در قطرهای پایین، کاهش سرعت پیشروی به همراه کاهش سرعت دورانی موجب کمینه شدن متغیر آسیب شده و این در حالی است که در قطرهای بالا، افزایش همزمان دو متغیر یاد شده موجب کمینه شدن آسیب تورقی در لایه های خروجی چندلایه کامپوزیتی می گردد. تحلیل حساسیت سوبل انجام شده نشان می دهد که قطر ابزار، سرعت پیشروی و سرعت دورانی به ترتیب بیشترین تاثیر را بر متغیر آسیب خواهند داشت.کلید واژگان: تورق, سوراخکاری, چندلایه های کامپوزیتی, آسیب, تحلیل حساسیت سوبلIn the present study, the effect of different parameters including of tool rotational speed, feed rate and tool diameter on the damage caused by drilling operations near the drilling hole in the E-glass/epoxy composite laminates with twelve layers of plain woven fabric manufactured using hand lay-up method was investigated and the experimental tests conducted on them. Then, using the Sobol statistical sensitivity analysis method, the effect of the above-mentioned parameters on the induced damage near the drilling hole was investigated. The statistical and experimental results show that for analyzing the damage variable, the simultaneous effect of rotational velocity in conjunction with feed rate of the drilling tool should be taken into account in order to minimize the damage variable, so that in the low velocities, the reduction of feed rate along with the reduction of the rotational speed causes the damaged variable to be minimized, while at the same time, in the high diameters, the simultaneous increase of the two mentioned parameters, minimizes delamination induced damage in laminated composites. The Sobel sensitivity analysis shows that the diameter of the tool, the velocity, and the rotational speed will have the greatest effect on damage variable in laminated composites, respectively.Keywords: Delamination, Drilling, Laminated composites, Damage, Sobol sensitivity analysis
-
در مطالعه حاضر به بررسی اثر میکرو الیاف های طبیعی (ذرات کرک) بر چقرمگی شکست مود I چندلایه های کامپوزیتی با الیاف بافته شده پرداخته شده است. به همین منظور نمونه های تیر دو لبه یکسر گیردار (DCB) با استفاده از روش لایه چینی دستی و با چیدمان 28]0[ساخته شده اند. برای بررسی اثر ذرات میکرو کرک بر چقرمگی شکست، نمونه هایی با دو درصد وزنی مختلف (1% وزنی و 3% وزنی) ساخته شده و نتایج بدست آمده با نمونه با رزین اپوکسی خالص مقایسه گردیده است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که با افزایش مقدار ذرات کرک، مقدار چقرمگی بین لایه ای شروع تورق افزایش داشته است. مقدار بهبود چقرمگی شکست شروع برای نمونه DCB با %1 و %3 وزنی کرک به ترتیب %67.15 و %71.96 موجب افزایش شده است که علت این امر به نقش کرک در ناحیه غنی از رزین در نوک ترک بر می گردد که مانع شروع تورق در این ناحیه شده است. بر خلاف چقرمگی شکست شروع، چقرمگی شکست رشد با اضافه کردن ذرات کرک به رزین کاهش یافته است. در حین رشد تورق از آنجاییکه این الیاف به دلیل تجمع و کلوخگی در فصل مشترک تورق موجب ایجاد نواحی تمرکز تنش می گردند، در نتیجه میکرو الیاف های کرک نتوانسته اند مقدار چقرمگی شکست رشد را افزایش داده و در بعضی موارد موجب کاهش اندک چقرمگی شکست رشد تورق شده است. همچنین به منظور بررسی مکانیزم های آسیب، از سطوح شکست نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی عکسبرداری شده است.
کلید واژگان: ذرات میکرو کرک, مود I شکست, تیر دو لبه یکسر گیردار, تورق, چندلایه های کامپوزیتیIn the present study, the effect of natural microfibers (cork particles) on the mode I fracture toughness of plain-woven laminated composites has been investigated. For this purpose, double cantilever beam (DCB) specimens manufactured using hand lay-up method with stacking sequence of [0]28. To investigate the effect of cork particles on fracture toughness, samples with two different weight percentages (1% by weight and 3% by weight) were manufactured and the experimental results were compared with one obtained from sample with pure epoxy resin. Experimental results show that as the amount of cork particles increases, the onset of crack growth requires more energy. The amount of improvement in initiation fracture toughness for the DCB sample with 1% and 3% cork weigh has been increased by 67.15% and 71.96%, respectively which is due to the role of the cork in the resin rich area near the crack tip that arrested the delamination growth. Unlike the initiation fracture toughness, the propagation value is reduced by adding cork particles to the resin. During delamination growth, due to the agglomeration of micro fiber at delamination interface and role of stress concentration of these particles, hence, micro-cork fibers have not been able to increase the propagation fracture toughness and in some cases have slightly reduced the propagation fracture toughness of the delamination. Also, in order to investigate the mechanisms of damage, the fracture surfaces of the samples were scanned using scanning electron microscopy.
Keywords: Micro cork particles, Mode l fracture, Double cantilever beam, Delamination, Laminated composite -
شکل دهی نموی ورق، فرایند انعطاف پذیری است که در آن ورق فلزی به تدریج با حرکت ابزار در فضای آزاد شکل می گیرد. با توجه به این که ورق به صورت موضعی شکل دهی می شود و نیروها متمرکز بر منطقه تماس ابزار با ورق هستند، شکل پذیری ورق در این فرایند در مقایسه با سایر روش های معمول شکل دهی افزایش می یابد. در این مطالعه با شبیه سازی عددی فرایند شکل دهی نموی ورق دولایه AA3105-St12 با استفاده از روش اجزای محدود، نیروی عمودی وارد بر ابزار شکل دهی و ضخامت نهایی لایه ها در شرایط مختلف محاسبه شده است. اعتبار نتایج شبیه سازی با مقایسه آن ها با نتایج حاصل از آزمایش های تجربی ارزیابی شده است. با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی مدل هایی عددی برای تخمین نیروی عمودی وارد بر ابزار و ضخامت نهایی لایه ها بر حسب متغیرهای ورودی فرایند بدست آورده شده است. بهینه سازی چند هدفه برای دستیابی به حداقل نیروی عمودی و حداقل کاهش ضخامت لایه ها، بر مبنای مدل های بدست آمده و با کمک روش الگوریتم ژنتیک انجام شده است. در نتایج بدست آمده حالت های بهینه ضخامت کل ورق دولایه و نسبت ضخامت لایه ها در حالت های مختلف تماس لایه آلومینیومی و یا لایه فولادی با ابزار شکل دهی تعیین شده است.
کلید واژگان: شکل دادن فلزات, شکل دهی نموی ورق, شبکه عصبی, بهینه سازی چند هدفه, الگوریتم ژنتیکIncremental sheet forming is a flexible forming technology in which the sheet metal is gradually formed by the movement of tools in specified path. Due to the progressively localized deformation of the sheet and concentration of the forces on contact area of tool and sheet metal, the formability of the sheet increases compared with other common forming methods. In this study, numerical simulation of the incremental forming of AA3105-St12 two-layer sheet has been performed to calculate forming force and final thicknesses of the layers. The validity of the simulation results is evaluated by comparing them with those obtained from experiments. Numerical models for estimating the vertical force applied on the tool and the final thicknesses of the layers in terms of the process variables have been obtained using artificial neural network. Multi-objective optimization has been conducted to achieve the minimum force and the minimum thickness reduction of layers using obtained numerical models based on genetic algorithm method. Optimum thickness of the two-layer sheet and the thickness ratio the layers in different states of contact of the aluminum or the steel layers with the forming tool have been determined.
Keywords: metal forming, incremental sheet forming, neural network, multi-objective optimization, genetic algorithm -
یکی از انواع فرآیندهای ماشینکاری بر روی مواد صنعتی که از اهمیت اقتصادی بالایی برخوردار است، ماشینکاری آلیاژهای آلومینیوم می باشد که در اکثر صنایع نظیر صنایع اتومبیل سازی، هواپیماسازی، نظامی، هسته ای و... کاربرد بسیار وسیعی دارد. در صورت مطالعه دقیق، روشمند و بهره گیری از روش های تحلیل و آنالیز پیشرفته می توان به تاثیر پارامترهای ورودی بر پارامترهای خروجی به صورت دقیق تری پی برد و به قطعه ای با پارامترهای مطلوب دست پیدا کرد. در این مطالعه برای نخستین بار اثر پارامترهای مهم ماشینکاری یعنی سرعت پیشروی، سرعت دورانی و عمق برش بر روی کیفیت سطح ماشینکاری شده با استفاده از روش سطح پاسخ مدل شده است و با بهره گیری از یک مدل رگرسیون مرتبه دوم خطی توسعه داده، اثر هر یک از فاکتورهای ورودی بررسی شده است. همچنین با بهره گیری از روش تحلیل حساسیت سوبل میزان حساسیت کیفیت سطح ماشینکاری شده به تغییرات هر یک از فاکتورهای ورودی مشخص شده و با استفاده از الگوریتم درینگر، بهینه سازی پارامترهای ورودی صورت پذیرفته است. پس از بررسی نتایج، بهترین فاکتورهای ورودی شامل سرعت پیشروی 200 میلیمتر بر دقیقه، سرعت دورانی 1700 دور بر دقیقه و عمق برش 1/8 میلیمتر می باشد. همچنین بیشترین حساسیت کیفیت سطح ماشینکاری به تغییرات پارامترهای ورودی مربوط به سرعت پیشروی با 50 درصد تاثیر و پس از آن سرعت دورانی با 42/5 درصد و کمترین آن مربوط به عمق برش با میزان تاثیر 7/5 درصد می باشد.کلید واژگان: تراشکاری خشک, زبری سطح, تحلیل حساسیت, سطح پاسخ, بهینه سازیOne of the types of machining processes on industrial materials that is of great economic importance is the machining of aluminum alloys, which is widely used in most industries such as automotive, aircraft, military, nuclear, etc. If you study carefully, methodically and use advanced analysis methods, you can understand the effect of input parameters on output parameters more accurately and achieve a piece with the desired parameters. In this study, for the first time, the effect of important machining parameters, ie feed velocity, rotational speed and depth of cut on the quality of the machined surface has been modeled using the response surface method, and using a second-order linear regression model, the effect of each One of the input factors is investigated. Also, by using the Sobel sensitivity analysis method, the quality sensitivity of the machined surface to the changes of each of the input factors has been determined and using the Dringer algorithm, the input parameters have been optimized. After reviewing the results, the best input factors include a feed velocity of 200 mm / min, a rotational speed of 1700 rpm and a depth of cut of 1.8 mm. Also, the highest sensitivity of machining surface quality to changes in input parameters is related to the feed velocity with 50% impact, followed by the rotational speed with 42.5% and the lowest is related to the depth of cut with an impact rate of 7.5%.Keywords: Dry turning, Surface roughness, Sensitivity analysis, response surface method, optimization
-
تورق یکی از شایع ترین مودهای تخریب در چندلایه های کامپوزیتی بوده که می تواند منجر به کاهش سفتی و قابلیت باربری سازه کامپوزیتی گردد که این موضوع، اهمیت مطالعه این پدیده را مشخص می نماید. بدین منظور در تحقیق حاضر، به بررسی اثر زوایای فصل مشترک تورق بر چقرمگی شکست چندلایه های کامپوزیتی زمینه پلمیری با الیاف بافته شده ساده پرداخته شده است. نمونه با شکاف انتهایی (ENF) با 24 لایه و زوایای فصل مشترک تورق 0//0، 0//30 و 30//-30 با استفاده از روش لایه چینی دستی ساخته شده و مطابق با استاندارد انجمن مهندسان مکانیک امریکا (ASTM) تحت بارگذاری مود II قرار گرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که زاویه فصل مشترک تورق بر چقرمگی شکست شروع و پایا تاثیر محسوسی داشته است به گونه ای که قابلیت باربری نمونه با زاویه فصل مشترک غیر صفر بیشترین مقدار بوده است. علاوه بر این، مقدار چقرمگی شکست شروع و پایا در نمونه با زوایه فصل مشترک تورق 0//0 کمتر از مقادیر متناظر آن در نمونه های دیگر بوده و طول ناحیه فرآیند شکست در تمامی نمونه ها تقریبا یکسان بوده است. تصاویر بدست آمده از سطوح شکست با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بیانگر این موضوع است که علاوه بر جدایش الیاف از رزین در ناحیه فصل مشترک تورق، سایر مکانیزم های آسیب مانند شکست الیاف و تغییر شکل بالای ماتریس نقشی اساسی در افزایش چقرمگی شکست نمونه با شکاف انتهایی با زوایای فصل مشترک تورق0//30 و 30//-30 داشته است.
کلید واژگان: چقرمگی شکست, منحنی مقاومت, چندلایه های کامپوزیتی با الیاف بافته شده, تورقDelamination is one of the most common modes of damage in laminated composites that can reduce stiffness and load-bearing capacity of the composite structure, which highlights the importance of studying of this phenomenon. For this purpose, in this study, the effect of the interface fiber angles on the mode II fracture toughness of plain woven laminated composites has been investigated. The end notch flexure specimens (ENF) with 24 layers which have 0//0, 0//30 and 30//-30 interface angles manufactured using hand lay-up method and experimental tests conducted on them in accordance with ASTM standard under load II mode loading. Experimental results show that the interface fiber angle has a significant effect on initiation and propagation of delamination toughness the initial and propagation fracture toughness, so that the load bearing capacity of the specimens with the non-zero interface fiber angle was the highest value. Moreover, the initiation and propagation value of fracture toughness for specimens with 0//0 interface fiber angle was less than the corresponding values for other samples with non-zero interface angles. In addition, the fracture process zone (FPZ) length was approximately the same for all samples. Taken images of fracture surfaces using scanning electron microscopy (SEM) show that in addition to the separation of fibers from the resin at delamination, other damage mechanisms Including fiber breakage and highly deformed matrix play a key role in increasing of the fracture toughness of the sample with 0//30 and 30//-30 interface fiber angle.
Keywords: Fracture toughness, resistance curve (R-Curve), woven laminated composites, delamination
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.