دکتر ولی علی میرزالو
-
در فرایندهای شکل دهی فلزات، از جمله پارامترهای موثر در اصطکاک، زبری و بافت سطح قالب و قطعه است که ناشی از فرایند ساخت قالب و قطعه می باشد. در این پژوهش تاثیر روش های مختلف ساخت قالب بر زبری و سختی سطح قطعه شکل دهی شده بررسی شده است. اینسرت قالب ها با شش روش ماشین کاری ساخته شده اند و تاثیر روش ماشین کاری، روانکاری و درصد تغییرشکل بر زبری و سختی سطح قطعه با انجام عملیات کله زنی روی قطعه حلقوی شکل بررسی شده است. نتایج نشان می دهد بافت سطح قطعات متاثر از بافت سطح اینسرت ها می باشد و زبری سطح قطعات متناسب با زبری سطح اینسرت ها می باشد. با افزایش میزان کار سرد، زبری سطح قطعات افزایش قابل ملاحظه ای داشته و استفاده از روانکار تاثیر اندکی در کاهش زبری سطح دارد. استفاده از روانکار در حالت های تراشکاری، فرزکاری عمودی و تخلیه الکتریکی باعث کاهش زبری سطح می شود اما در بقیه اینسرت ها تاثیر چندانی ندارد. در حالت استفاده از روانکار، سختی سطح قطعات بطور میانگین حدود 5 درصد کاهش می یابد. با افزایش کار سرد از 25% به 50% سختی سطح قطعات به طور میانگین حدود 25 درصد افزایش می یابد. شکل دهی با قالب ماشینکاری شده با روش تخلیه الکتریکی باعث کمترین سختی سطح قطعه شده و بیشترین سختی سطح قطعه مربوط به سنگ زنی با پرداخت کاری است بافت سطح قطعات متاثر از بافت سطح اینسرت ها می باشد و زبری و سختی سطح قطعات متاثر از روش ماشینکاری اینسرت ها می باشد.
کلید واژگان: فورج, زبری, بافت سطح, سختی, قالبIn metal forming processes, surface roughness and hardness of the die and workpiece are effective parameters in friction, which is caused by the manufacturing process of the die and workpiece. In this research, effect of die manufacturing processes on the surface roughness and hardness of the deformed parts has been investigated. The inserts of the dies are made with six machining methods, and the effect of the machining method, lubrication, and percentage of deformation on the surface roughness and hardness of the part has been investigated by performing the heading operation on a ring-shap part. The results show that the surface texture of the parts is affected by the surface texture of the inserts and the surface roughness of the parts is proportional to the surface roughness of the inserts. The surface roughness of the parts increases significantly by increasing the amount of cold work, and the use of lubricant reduces slightly the surface roughness in turning, vertical milling and electric discharge machined inserts but it does not have considerable effect in the rest of the inserts. In the case of using lubricant, the surface hardness of the parts decreases by about 5% on average. With the increase of cold work from 25% to 50%, the surface hardness of the parts increases by about 25% on average. Forming with the electrical discharge machined insert causes the lowest surface hardness of the parts, and the highest surface hardness of the parts is related to the grinded and polished inserts. The texture of the surface of the parts is affected by the texture of the surface of the inserts and the roughness and hardness of the surface of the parts is affected by the machining method of the inserts
Keywords: Forging, Machining, Roughness, Surface Texture, Die, Electrical Discharge Machining -
Cyclic extrusion compression angular pressing (CECAP) is a novel severe plastic deformation (SPD) method applied for improvement of mechanical and metallurgical properties of materials. In this research, finite element analysis and response surface method were considered for CP-Ti in CECAP process. Temperature, input extrusion diameter, exit extrusion angle, shear factor and longitudinal distance of input extrusion to ECAP region were selected as input parameters to study strain distribution on the current process. The analysis of variance (ANOVA) was developed for current work, and the results showed that input parameters of input extrusion diameter and shear factor, and the interaction of the temperature and longitudinal distance of input extrusion to ECAP region, and the shear factor and longitudinal distance of input extrusion to ECAP region considerably affect the strain distribution. The hardness measurement in the section A at the points near to center and outer surfaces of sample showed the hardness of 21 and 24 HRC respectively, where, the maximum difference for hardness was achieved about 12% throughout the cross section which is in suitable agreement with the strain distribution model. Moreover, optical microscope (OM) both current CDECAP and conventional CECAP showed that the majority of deformed grains were enlarged. The average deformed grain size for current CECAP was reduced to 100 nm, which is considerably smaller than for conventional CECAP with average grain size of 300 nm. Furthermore, the load-stroke diagram was achieved by experimental test and compared by the results achieved from numerical model, and the results showed a good agreement between them.Keywords: Strain distribution, CECAP process, Response surface Method, Finite Element Analysis, CP-Ti
-
پاسخ مکانیکی مواد کریستالی متاثر از جریان و سخت شوندگی نابجایی هاست؛ که برای توصیف آنها به عنوان مدل ماده در محاسبات اجزا محدود، پارامترهای جریان و سخت شوندگی در یک کد کریستال پلاستیسیته پیاده سازی می شوند. در این مطالعه، با ترکیب آزمون نانو فروروندگی تجربی و شبیه سازی اجزا محدود کریستال پلاستیسیته سه بعدی، پارامترهای جریان و سخت شوندگی آلیاژ آلومینیوم 1100 مشخص شدند. با مقایسه منحنی های تنش-کرنش آزمون کشش تک محوری تجربی و شبیه سازی اجزا محدود کریستال پلاستیسیته سه بعدی بر روی مدل های تک کریستال و پلی کریستال، پارامترهای استخراج شده اعتبارسنجی شدند. همچنین، اثر ضریب اصطکاک در تعیین پارامترهای جریان و سخت شوندگی موردبحث قرار گرفت. نتایج این مطالعه نشان داد که (i) پارامترهای تنش تسلیم اولیه، نرخ کرنش برشی مرجع و تنش اشباع به ترتیب بیش ترین همبستگی مثبت را با حداکثر بار دارند؛ (ii) منحنی بار-جابجایی به دست آمده از شبیه سازی آزمون نانو فروروندگی با پارامترهای مشخصه یابی شده ، دارای خطای نسبی 50/0% نسبت به آزمون نانو فروروندگی تجربی در حداکثر عمق فرورفتگی است؛ (iii) پارامترهای مشخصه یابی شده به طور قابل توجهی توانایی تخمین تنش تسلیم و مقاومت کشش نهایی را به ترتیب با خطای نسبی 60/2 % و 20/0 % برای مدل تک کریستال و 18/10% و 44/12% برای مدل پلی کریستال دارند. بااین حال، ضمن مدل سازی دقیق ناحیه تسلیم در مدل پلی کریستال، دقت پارامترهای مشخصه یابی شده تحت تاثیر جهت گیری مرزدانه هاست.
کلید واژگان: پارامترهای جریان و سخت شوندگی, روش اجزا محدود, کریستال پلاستیسیته, نانو فروروندگی, آلیاژ آلومینیوم 1100The mechanical response of crystalline materials is affected by the flow and hardening of dislocations; that to describe them as a material model in finite element calculations, the flow and hardening parameters are implemented in the crystal plasticity code. In the present study, flow and hardening parameters for 1100 aluminium alloy were characterized by combining the experimental nanoindentation test and 3D crystal plasticity finite element simulations. Extracted parameters were validated by comparing the stress-strain curves of the experimental uniaxial tensile test and simulation of 3D crystal plasticity finite element on single crystal and polycrystal models. Also, the effect of the friction coefficient in determining the flow and hardening parameters was discussed. The results of this study showed that (i) parameters of initial yield stress, reference shear strain rate, and saturation stress, respectively had the highest positive correlation with the maximum load; (ii) the load-displacement curve obtained from the simulation of the nanoindentation test using the characterized parameters has a relative error of 0.50% compared to the experimental nanoindentation test at the maximum indentation depth; (iii) The characterized parameters significantly can estimate the yield stress and ultimate tensile strength with a relative error of 2.60% and 0.20% for the single crystal model and 10.18% and 12.44% for the polycrystal model, respectively. However, while accurately modeling the yield zone in the polycrystalline model, the accuracy of the characterized parameters is affected by the grain boundary orientation.
Keywords: Flow, Hardening Parameters, Finite Element Method, Crystal Plasticity, Nanoindentation, 1100 Aluminium Alloy -
In this research, the finite element analysis (FEA) of the effect of forging parameters including temperature, strain rate and cooling rate on the percentage of α and β phases in forging of the two-phase Ti-6Al-4V alloy to fabricate a hip joint implant was investigated. In order to be used in FEA, the stress-strain curves of Ti-6Al-4V at temperatures ranged between 800 to 1000°C and, strain rates of 0.01, 0.1, 1 s-1 up to a total strain of 0.45 by using hot compression test were obtained. The force-displacement curve of hot compression test of a cylindrical sample made of Ti-6Al-4V alloy from FEA and experiment in similar condition was used for verification. Results showed that all three input variables have an effect on the volume percentage of final α and β phases. By increasing the cooling rate, forging temperature and strain rate, the percentage of the final α phase decreases and the amount of the β phase increases. Additionally, in all cooling rates, the amount of the final α phase decreases from the center to the sides of samples.Keywords: Hip joint implant, Ti-6Al-4V, Finite Element Analysis, Phase distribution
-
A multi-objective numerical optimization was used to study the forging process of a Ti-6Al-4V alloy in producing an artificial hip joint implant. The forging temperature was chosen in the Alpha-Beta two phase region around 900°C. In order to implement the numerical simulation, the Deform 3D commercial code was used. Response surface methodology (RSM) was considered and experiments based on various widths (w), thickness of flash (t), and billet diameter (d) were designed to find out the influences of these parameters on flash volume, filling rate and strain non-uniformity as the responses. Twenty numerical tests were implemented by finite element analysis (FEA), and the obtained results were used to optimize the forging process using RSM. To this end, the constants of constitutive and governing equations to FEA and the data of a published paper were applied. The optimized results were w = 8 mm, t = 1.73 mm, and d = 30 mm, for flash geometry and billet diameter, respectively. Finally, an FEA was conducted based on the optimized values, and the results were compared and discussed with those in the Noiyberg-Mokel model for verification.Keywords: Artificial hip joint, Finite Element Analysis, Ti-6Al-4V, Forging, Response surface methodology
-
In this research, the equal channel angular pressing (ECAP) process of AM60 magnesium alloy was investigated by the finite element simulation as well as experimental test. The effect of process parameters on required force and strain distribution was also assessed. The simulation results were verified by the experimental tests. Using the full factorial design of experiments, effects of friction and process temperature were explored. The results indicated that an increase in the friction coefficient will significantly enhance the amount of pressing force (4-fold). Also, the effect of friction on process force was higher at lower temperatures and decreased with the rise of temperature. An increment in the friction coefficient from 0.02 to 0.08 raised the maximum strain by 9%. Furthermore, the maximum strain showed enhancement with temperature elevation.Keywords: ECAP process, Strain distribution, friction, AM60 alloy
-
صفحات دوقطبی فلزی به دلیل داشتن خواص مکانیکی و الکتریکی عالی، خواص حرارتی مناسب و سهولت در تولید جایگزین مناسبی برای صفحات گرافیتی و کامپوزیتی هستند. مهرزنی یکی از مهم ترین فرآیندهای کاربردی در تولید این صفحات از نظر هزینه ساخت است. تیتانیوم به دلیل داشتن مقاومت به خوردگی عالی و چگالی پایین به عنوان یک گزینه بالقوه برای ساخت صفحات دوقطبی مطرح می شود. در این مقاله، به بررسی تجربی شکل پذیری صفحات دوقطبی تیتانیومی با ضخامت mm0/1 با الگوی شیاری موازی مستقیم پرداخته شده است. شکل پذیری ورق در دماهای گرم با استفاده از سرعت های شکل دهی و روانکارهای مختلف بررسی شد. پس از انجام تجربی آزمایش های طراحی شده بر اساس روش تاگوچی، عمق پارگی میکروکانال نمونه های مهرزنی شده، استخراج شد. بررسی نتایج نشان داد که بیشترین میزان ازدیاد طول ورق در دمای °C100 به دست می آید. به علاوه، سرعت و دمای شکل دهی به ترتیب تاثیرگذارترین پارامترها بر عمق شکل دهی هستند. از سوی دیگر، تاثیر روانکار در مقایسه با سایر پارامترهای مذکور محسوس نیست. بیشترین عمق شکل دهی به میزان mm0/494 با استفاده از آزمایشی با پارامترهای دمای شکل دهی °C100، سرعت mm/min4/8 و روانکاری با دی سولفید مولیبدن حاصل شد.
کلید واژگان: صفحات دوقطبی فلزی, تیتانیوم, مهرزنی گرم, شکل پذیریDue to their excellent mechanical, electrical and thermal properties and ease of production, metallic bipolar plates are a suitable replacement for graphite and composite plates. Stamping is one of the most applicable processes to produce theses plates from a manufacturing cost point of view. Due to its excellent corrosion resistance and low density, titanium rises as a potential option for the manufacturing of the bipolar plates. In this paper, the formability of titanium bipolar plates having a thickness of 0.1mm with a parallel flow field has been experimentally investigated. The formability of the sheet was evaluated at warm temperatures using different forming speed and lubricants. After the experimental implementation of the designed tests based on the Taguchi method, the fracture depth of the microchannel of stamped samples was extracted. The results showed that the most elongation of the sheet will be achieved at 100℃. Likewise, the forming speed and temperature are the most effective parameters on the forming depth, respectively. On the other hand, the effect of the lubricant is not tangible compared to the other mentioned parameters. The maximum forming depth equal to 0.494mm was obtained using an experiment with a forming temperature of 100℃, speed of 4.8mm/min, and lubrication with MoS2.
Keywords: Metallic Bipolar Plates, Titanium, Warm Stamping, Formability -
Micro-stamping process is one of the most cost-effective methods to manufacture metallic bipolar plates (BPPs). This research investigates the forming of titanium thin sheet as a potential candidate for BPPs in proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). In this regard, the process was first simulated using finite element (FE) code Abaqus. Afterward, experimental tests were implemented and the validation of the FE model was confirmed using the experimental results. In the simulations, the corner radius of the die, draft angle, and friction coefficient at die/sheet interface were selected as variable factors. Forming force and thickness reduction as response functions were evaluated. It is demonstrated that the die corner radius has more influence on the maximum punch force compared to the draft angle and friction coefficient. The maximum punch force decreases with increasing the die corner radius. On the other hand, in order to have a lower thickness reduction, a high die corner radius, higher draft angle, and low friction coefficient are required.Keywords: Bipolar Plates, Titanium Sheet, Finite element simulation, Micro-stamping
-
Purely elastic, partially and fully plastic stress states in a thick-walled spherical pressure vessel with an inner functionally graded material (FG) coating subjected to internal and external pressures are developed analytically in this paper. The modulus of elasticity and the uniaxial yield limit of the FG coating layer are considered to vary nonlinearly through the thickness. Using Tresca’s yield criterion and ideal plastic material behavior, the plastic model is established. Under pressure loading, the scenario in which the plastic deformation starts from inner surface of FG coating layer is taken into account. Having increased the pressure loading, it is assumed that the FG coating layer becomes fully plastic and the yielding commences subsequently at the inner surface of homogenous part. Essentially, the variation of FG parameters in the radial direction is properly adjusted in order to achieve the stated yielding scenario. Furthermore, axisymmetric finite element model is performed to validate the accuracy of the analytical results. It is concluded that the elastic and plastic response of the spherical pressure vessel are influenced by grading parameters and coating behavior.Keywords: Thick-walled sphere, Elasto-plastic analysis, FG Coating, Pressure
-
International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, Volume:12 Issue: 4, Dec 2019, PP 1 -8High demands of quality development in the industry especially automotive, necessitates multi-objective optimization of the manufacturing processes. Fuel cells are one of the most important sources of renewable energies that Bipolar Plates (BPPs) are their main components. Metallic BPPs are known as a suitable replacement of the graphite plates due to their lower weight and cost. Accordingly, this study employs Multi-Criteria Decision Making (MCDM) methods to determine the best forming condition in the stamping of titanium BPP. In the first step, the process is analyzed using the Finite Element (FE) simulation. Afterward, validation of the FE model is confirmed by performing the experiments using titanium ultra-thin sheet with a thickness of 0.1 mm. Subsequently, a set of tests with 15 experiments are assumed to be as alternatives. In addition, filling ratio, thinning ratio and forming load are considered as different criteria. In order to select the optimum condition considering three mentioned responses simultaneously, TOPSIS and VIKOR methods are applied. In addition, a weighting procedure combining AHP and Entropy approaches is used. Based on the weighting results, the highest and lowest weights were obtained for filling ratio (0.5398) and forming load (0.1632), respectively. Likewise, a Spearman’s rank equal to 0.9357 was obtained that demonstrates high compatibility between TOPSIS and VIKOR methods. Overall, the best (optimum) forming condition has obtained an experiment with a clearance of 0.2 mm, the speed of 3.5 mm/s, and friction coefficient as 0.2.Keywords: Ranking, Titanium Bipolar Plates, TOPSIS, VIKOR, Weighting
-
در فرآیند شکلدهی غلتکی، کنترل پارامترهای ورودی جهت حفظ کیفیت پروفیل نهایی ضروری میباشد. در این پژوهش به منظور بهینه سازی فرآیند شکلدهی غلتکی، از یک روش ترکیبی مبتنی بر شبیه سازی اجزای محدود استفاده شده است. نخست فرآیند با استفاده از روش اجزای محدود مدلسازی شده و صحت مدل ایجاد شده در مقایسه با نتایج تجربی تایید شده است. سپس با روش طراحی مرکب مرکزی، آزمایشهای لازم طراحی شده است. در این طراحی، قطر غلتک، فاصله ایستگاه، تعداد ایستگاه و سرعت خطی ورق به عنوان متغیرهای ورودی و حداکثر کرنش طولی پلاستیکی و دقت زاویه ای (بیانگر عکس برگشت فنری) ، به عنوان توابع پاسخ در نظر گرفته شده اند. در ادامه با استفاده از روش رویه پاسخ و اجزای محدود، فرآیند مدلسازی شده و سپس مدل رویه پاسخ برای هر یک از توابع پاسخ بدست آمده است. در پایان با انجام بهینه سازی چند هدفه با استفاده از روش تابع مطلوبیت بر اساس مدل رویه پاسخ، نقطه بهینه پارامترهای ورودی بدست آمده و سپس نقطه بهینه مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که روش رویه پاسخ با دقت مناسبی تاثیر پارامترهای ورودی بر توابع پاسخ را مدلسازی میکند. طبق این مدل افزایش فاصله ایستگاه ها، افزایش قطر غلتکها باعث کاهش کرنش طولی پلاستیکی بیشینه و افزایش سرعت خطی ورق باعث افزایش حداکثر کرنش طولی پلاستیکی میشود. کاهش فاصله و افزایش تعداد ایستگاه ها و افزایش قطر غلتکها منجر به افزایش دقت زاویه ای و افزایش سرعت خطی ورق باعث کاهش دقت زاویه ای میشود. همچنین نتایج بهینه سازی بیانگر افزایش دقت زاویه ای و کاهش حداکثر کرنش طولی پلاستیکی میباشد.کلید واژگان: شکل دهی غلتکی, بهینه سازی, روش رویه پاسخ, اجزای محدود, تابع مطلوبیتIn the roll forming process, control of input parameters is essential in order to maintain the quality of the final profile. In this investigation, a new hybrid approach is used for optimization of the roll forming process. That is based on the finite element simulation. Firstly, the process was modeled using the finite element method and then verified with the experimental results. Then necessary experiments have been designed using the central composite design method. In this design roll diameter, distance and number of stands and linear velocity of the sheet are considered as input variables and maximum plastic longitudinal strain and angle precession (reverse of spring back) are considered as response functions. Then the response surface model of the objective functions was obtained using the response surface method based on the finite element outputs of the runs. Finally, optimum point of the input parameters has been obtained using the desirability function approach. Results show that the response surface method can model the effect of the input parameters on the objective functions precisely. According to this model, increasing of distance of the stands and roll diameter, lead to decreasing of maximum plastic longitudinal strain. Increasing the linear velocity of the sheet leads to decreasing the maximum plastic longitudinal strain. Decreasing distance and increasing number of stands cause to increase the angle precession and increasing the linear velocity of the blank leads to decreasing of the angle precession. Also optimization results represent increasing of the angle precession and decreasing of the maximum plastic longitudinal strain in comparison to conventional results.Keywords: Roll Forming, optimization, Response surface method, Finite element, Desirability function
-
بررسی تاثیر محلول نانو ذرات در رفتار اصطکاک کولمبی در شکل دهی آلیاژ آلومینیوم به روش آزمون فشار حلقهاصطکاک یکی از مهم ترین فاکتورهای موثر بر فرآیندهای شکل دهی فلزات است. علاوه بر رعایت یک سری اصول اساسی، انجام روانکاری صحیح، بهترین روش کنترل اصطکاک و سایش در یک فرآیند است. یکی از روش های ارزیابی تاثیر روان کارها بر اصطکاک در فرآیندهای شکل دهی، آزمون فشار حلقه است. با استفاده از منحنی های کالیبراسیون در فرآیند فشار حلقه، ضریب اصطکاک محاسبه می شود. در این مقاله تاثیر محلول نانو ذرات اکسید مس و آلومینا در روانکارهای پایه پارافین و روغن10 در تاثیر بر اصطکاک طبق مدل اصطکاک کولمب بررسی شده است. از روش تاگوچی و آرایه متعامد L8 با توجه به تعداد عوامل مورد بررسی، جهت طراحی آزمایش ها و بدست آوردن حالت بهینه استفاده شده است. با انجام آزمایشات پیشنهادی و بکارگیری منحنی های کالیبراسیون برای ماده Al7xxx، ضرایب اصطکاک کولمب برای روانکارهای مختلف بدست آمده است. پارامترهای درصد وزنی نانو ذرات، نوع روانکار پایه و نوع نانو ذرات افزودنی، به عنوان متغیرهای ورودی، و ضریب اصطکاک کولمب به عنوان متغیرهای هدف در نظر گرفته شدند. با روش آنالیز واریانس میزان تاثیرگذاری هر متغیر ورودی بر روی پارامتر هدف بررسی شد و مقادیر پارمترهای ورودی جهت کمینه کردن مقدار ضریب اصطکاک با روش سیگنال به نویز تاگوچی استخراج شدند. نتایج نشان می دهد که بیشترین تاثیر را درصد وزنی نانو ذرات با سهم درصد 15/62 روی ضریب اصطکاک دارد و با افزایش درصد وزنی نانو ذرات، ضریب اصطکاک افزایش می یابد. همچنین بهترین ترکیب برای به حداقل رساندن ضریب اصطکاک، ترکیب %8/0 نانو ذرات آلومینا در روانکار روغن10 بدست آمد.کلید واژگان: اصطکاک, نانوذرات, آزمون فشار حلقه, منحنی کالیبراسیون, تاگوچیFriction is one of the important factors influencing metal forming processes e.g. forging. Besides considering a set of basic principles, efficient lubrication is the best way to control friction and wear. One way to evaluate the effect of lubricants on the friction in forming processes, is ring compression test. By using calibration curves in the forging process, friction coefficient is calculated. In this paper, the effects of nano- particles solution including copper oxide and alumina within paraffin and oil-10 as the base lubricants on the Coulomb friction model has been studied. In order to obtain the optimal design of experiments Taguchi method has been used and considering the number of investigating factors, L8 orthogonal array selected. After carrying out all suggested tests and using calibration curves for Al7xxx, Coulomb friction coefficients for different lubricants have been obtained. Weight percentage of nano-particles and the type of both base lubricant and nano-particles additives, considered as input variables, and the Coulomb friction coefficient selected as objective variable. Through variance analysis the effectiveness of each input variable on the objective evaluated and values of the input parameters to minimize friction coefficient by Taguchi signal-to-noise method were extracted. The results show that the greatest impact belongs to weight percentage of nanoparticles with a share of 62.15 percent on the friction coefficient and increasing the weight percentage of nanoparticles lead to increasing the friction coefficient. Also, the best combination to minimize friction coefficient is 0.8% solution of alumina nanoparticles with oil 10 as base lubricant.Keywords: Friction, Nano Particles, Ring Compression Test, Calibration Curve, Taguchi
-
در این تحقیق فرآیند شکل دهی غلتکی سرد مقاطع U شکل با روش اجزا محدود تحلیل شده است و تاثیر پارامترهای فرآیند بر کرنش طولی و برگشت فنری با استفاده از مدل رویه پاسخ بررسی شده است. سپس با استفاده از نمودارهای کانتوری، محدوده بهینه پارامترها استخراج شده است. مدل اجزای محدود با استفاده از نتایج تجربی مورد تایید قرار گرفته است. آزمایش های لازم با استفاده از طرح مرکب مرکزی طراحی شده است. قطر غلتک، سرعت خطی ورق ، فاصله و تعداد ایستگاه ها به عنوان متغیرهای ورودی و برگشت فنری و کرنش طولی پلاستیکی میانگین، به عنوان توابع پاسخ در نظر گرفته شده اند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که روش رویه پاسخ با دقت قابل قبولی تاثیر پارامترهای ورودی بر توابع پاسخ را مدل سازی می کند. مطابق با مدل بدست آمده، افزایش تعداد ایستگاه ها و قطر غلتک ها منجر به افزایش دقت زاویه ای یا کاهش برگشت فنری و افزایش سرعت خطی ورق باعث افزایش برگشت فنری می شود. افزایش فاصله ایستگاه ها و قطر غلتک ها باعث کاهش کرنش طولی پلاستیکی میانگین و افزایش سرعت خطی ورق باعث افزایش کرنش طولی پلاستیکی میانگین می شود.کلید واژگان: بهینه سازی شکل دهی غلتکی سرد, شبیه سازی, طراحی آزمایش, رویه پاسخ, نمودارهای کانتوریIn this study, U section cold roll forming process has been analyzed by finite element (FE) method and the effect of the process parameters on the longitudinal strain and spring back has been investigated using response surface method (RSM). Then optimized range of the parameters have been determined using the contour plots. The FE model has been verified using the experimental results. Required experiments have been designed using central composite design. In this design roll diameter, linear velocity of the blank and distance and number of stands are considered as input variables and spring back and maximum plastic longitudinal strain are considered as response functions. Results show that the RSM models the effect of input parameters on the response functions with acceptable precision. According to obtained model, increasing distance the stands and rolls diameters cause to decrease of the spring back or increase the angular precision and increasing of the linear velocity of the sheet leads to increasing the spring back. Increasing stands distance and roll diameter, lead to decreasing the average plastic longitudinal strain and increasing the linear velocity the sheet leads to increasing the average plastic longitudinal strain. Also optimization results represent decreasing of the spring back and maximum plastic longitudinal strain.Keywords: Optimization of the cold roll forming, Simulation, Design of experiment, Response surface, Contour plots
-
One of the challenges in the printing industry is the presence of extra lines in printing design. This problem is due to the improper surface roughness of carved cylinders. This research endeavors to specify and optimize the effective parameters on the surface roughness of chrome coated printing cylinders in the finishing process that is done using a finish star machine. Investigated parameters include lubricant volume, feed rate of machine head, emery feed rate, emery compressive force, emery vibration and peripheral speed. By performing some experiments designed by response surface methodology, suitable ranges for the parameters were determined using contour plots and desirability function approach. Results show that the head feed rate, peripheral speed of the part and emery force are the significant parameters on the surface roughness. Surface roughness decreases by reducing the head feed rate. By increasing the emery force up to ten kilogram, surface roughness increases but afterwards gradually decreases. The roughness decreases by increasing the peripheral speed of the part up to 40 m/min, but increases after this value. At last, suitable range and optimal value of the effective process parameters was achived for the desirable surface roughness that is between 0.32 to 0.37 micron.Keywords: Printing Cylinders, Roughness, Finishing, Response Surface Methodology
-
برای حذف لایه آلفای سطحی از سطح قطعات فورج داغ شده از جنس آلیاژ تیتانیم و بهبود کیفیت سطح معمولا از فرآیند اسیدشویی استفاده می شود. با توجه به اثر متقابل پارامترهای موثر در این فرآیند، بررسی تاثیر پارامترها بر کیفیت سطح قطعه و میزان باربرداری و بهینه سازی آنها، نیازمند انجام آزمایشات تجربی و استفاده از روش های مدلسازی است. در این تحقیق، تاثیر پارامترهای دما، مدت عملیات، غلظت اسید های هیدروفلوریک و نیتریک بر توابع پاسخ زبری سطح قطعه و عمق باربرداری، مدلسازی و بهینه سازی می شود. ابتدا با طراحی آزمایشات با روش تاگوچی و انجام آنها، تاثیر پارامترهای مذکور بر توابع پاسخ با روش شبکه عصبی مصنوعی مدلسازی می شود و با استفاده از این مدل تاثیر پارامترهای ورودی بر زبری سطح قطعه و عمق باربرداری بررسی می گردد. سپس با ترکیب روش الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی، مقدار بهینه پارامترهای ورودی بدست می آید. نتایج نشان می دهد که شبکه عصبی پیش خور سه لایه ای با الگوریتم آموزش پس انتشار لونبرگ-مارکوارت با ده گره برای لایه پنهان با دقت بالایی زبری سطح و عمق باربرداری را برحسب پارامترهای ورودی مدلسازی می کند. با افزایش دما و درصد اسید هیدروفلوریک، عمق باربرداری بیشتر می شود و درصد اسید نیتریک و دمای عملیات در تاثیر بر عمق باربرداری باهم اثر متقابل دارند. مدت عملیات در زبری سطح تاثیر قابل توجهی ندارد و با افزایش دما در درصدهای پایین اسید هیدروفلوریک، زبری سطح کاهش می یابد اما در درصدهای بالای اسید، زبری سطح افزایش می یابد.کلید واژگان: اسید شویی, آلیاژ تیتانیم, زبری سطح, شبکه عصبی, الگوریتم ژنتیکAlfa layer due to the hot forging of the titanium alloy is removed using the acid pickling operation. Because of the interaction between the effective parameters, investigation and optimization of the effective parameters needs experimentation and modeling methods. In this research effect of the temperature, operation time and percent of the hydrofluoric and nitric acids on the surface roughness and depth of cutting are modeled and optimized. First the experiments are designed using taguchi method and implemented. Then the process is modeled by an artificial neural network and the effect of the parameters on the surface roughness and depth of cutting are investigated. Next by combining the artificial neural network with genetic algorithm the process is optimized. Results show that a Multilayer Feed forward network with Levenberg-Marquardt backpropagation learning algorithm and ten nods in the hidden layer could model the operation precisely. Increasing the temperature and hydrofluoric acid percent cause to increase the depth of cutting. Nitric acid percent and operation temperature have interaction in affecting on the amount of depth of cutting. Operation time have no affect on the roughness. Increasing the temperature at low percent of hydrofluoric acid cause to decrease the roughness however it increases at high percent of hydrofluoric acid.Keywords: Acid pickling, titanium alloy, surface roughness, Artificial neural network, genetic algorithm
-
In this paper chemical machining of an aerofoil of a forged Ti-6Al-4V titanium alloy turbine blade has been investigated. First, the blade has been hot forged and then the metallurgical structure has been investigated. Using the microstructure and hardness measuring, surface alpha case has been investigated. Next, the chemical machining has been studied for removing of the alpha case. Hydrofluoric-nitric acid solution has been used for the chemical machining. Results show that the alpha case thickness on the forged aerofoil is considerable and the used chemical solution can remove it perfectly. Machining from the aerofoil surface is uniform and material removal rate increases as the temperature increases. During the chemical machining, first because of exothermic reaction, material removal rate increases, then it decreases because of decreasing the density of the acids.Keywords: Chemical Machining, Aerofoil, Alpha Case, Titanium Alloy
-
International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, Volume:8 Issue: 1, Mar 2015, PP 35 -44This paper presents a hybrid method for the optimization of forging process of an aerofoil blade. Preform shape and die parting-line angle are optimized in order to minimize the volume of the unfilled die cavity, material waste, forging forces. The overall optimization scheme used in this research work includes a multi-objective approach that is combination of response surface and finite element methods. The results show that the proposed approach is a suitable method for optimization of the forging process of aerofoil blades.Keywords: Blade, Finite element, Forging, Optimization, Response surface
-
فورج داغ پره کمپرسور موتورهای توربین گازی بهعلت پیچیدگی های خاص مکانیکی و متالورژیکی نیاز به مطالعه عددی و تجربی دارد. در این تحقیق، فرایند فورج داغ یک نوع پره کمپرسور موتور توربینی گازی هوایی از جنس آلیاژ تیتانیوم با استفاده از روش المان محدود تحلیل شده، سپس بهصورت عملی اجرا گردیده است. برای شبیه سازی عددی فرایند، ابتدا رفتار مکانیکی آلیاژ بررسی و مدل مناسب برای تحلیل فرایند مشخص شده، سپس شرایط مرزی اصطکاکی با استفاده از آزمایش رینگ استخراج شده است. با شبیه سازی سهبعدی فرایند، مواردی از قبیل جریان مواد و پر شدن حفره قالب، توزیع کرنش و دما، تناژ لازم فرایند و تغییرات نیروهای جانبی اعمال شده به قالب بررسی شده است. در گام بعدی مطابق شرایط شبیه سازی، فرایند بهصورت تجربی اجرا شده و نتایج عملی با نتایج شبیه سازی فرایند مقایسه شده است. نتایج حاکی از موفقیتآمیز بودن فرایند است و مقایسه نتایج تجربی با نتایج شبیه سازی نشان میدهد که شبیه سازی فرایند توانایی پیشبینی قابل قبول پارامترهای فرایند را دارد.
کلید واژگان: فورج داغ, پره کمپرسور, المان محدود, آلیاژ Ti, 6Al, 4VHot forging of the aerofoil blades has complicated mechanical and metallurgical characteristics therefore; it needs numerical and experimental investigations. In this research, hot forging process of a titanium alloy aerofoil blade has been analyzed by finite element method. Then experimental tests have executed. For the numerical simulation, first material behavior of the titanium alloy has been investigated then friction factor has been obtained by ring test. Using the process simulation, material flow, die cavity filling, strain and temperature distribution, forging load and lateral forces applied the dies during the forging process have been investigated. In the next stage, trial tests have been executed. At last, numerical results have been compared with the experimental results. Results show that the forging process has been done successfully and simulation results have a good agreement with the experimental results.Keywords: Hot Forging, Aerofoil Blade, Finite Element, Ti, 6Al, 4V
- این فهرست شامل مطالبی از ایشان است که در سایت مگیران نمایه شده و توسط نویسنده تایید شدهاست.
- مگیران تنها مقالات مجلات ایرانی عضو خود را نمایه میکند. بدیهی است مقالات منتشر شده نگارنده/پژوهشگر در مجلات خارجی، همایشها و مجلاتی که با مگیران همکاری ندارند در این فهرست نیامدهاست.
- اسامی نویسندگان همکار در صورت عضویت در مگیران و تایید مقالات نمایش داده می شود.