فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال ششم شماره 3 (امرداد و شهریور 1398)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال ششم شماره 3 (امرداد و شهریور 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/05/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • زهرا سلحشورنژاد، پیام سراییان*، احسان شکوری، شهرام اعتمادی حقیقی، محمد نجفی صفحات 1-7
    بازیافت محصولات کامپوزیت چوب پلاستیک به صورت مکانیکی گامی در راستای حفظ منابع محیط زیست و کاهش آلایندگی می باشد. یکی ازمشکلات بازیافت های مکرر تغییر در خواص فیزیکی و مکانیکی از جمله تغییر در ساختار مولکولی محصولات می باشد. در این تحقیق به منظور تحلیل تغییر ساختار مولکولی در اثر بازیافت، گرانول کامپوزیت چوب پلاستیک با نسبت وزنی 70 درصد پلی اتیلن با چگالی بالا به روش اکسترود تهیه و در 5 سیکل، آسیاب و تزریق شده است. آزمون های تجربی در فشار تزریق 60 بار و فشار نگهدارنده 70 بار و زمان فشار دوم 2 ثانیه انجام شد. جهت بررسی ساختار مولکولی نمونه های بازیافت شده آزمایش های نرخ جریان مذاب و درصد کریستالی انجام گرفت. پلی اتیلن با چگالی بالا با داشتن زنجیرهای بلند، با قرار گرفتن در سیکل بازیافت و شکسته شدن زنجیره ها، افزایش وزن مولکولی، افزایش ویسکوزیته را به همراه داشته که باعث کاهش نرخ جریان مذاب در نمونه های بازیافتی، شده است. بی نظمی ایجاد شده در اثر ادامه شکسته شدن زنجیره ها و از بین رفتن نیروی بین زنجیره ها عامل افزایش نرخ جریان مذاب تا 2.8 gr/10min و تبدیل ساختار مولکولی نیمه کریستالی به آمورف و کاهش درصد کریستالی به میزان 30 درصد شده است. افزایش سیکل بازیافت باعث کاهش زمان تخریب تا9 دقیقه در نمونه های بازیافتی شده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت چوب پلاستیک، قالبگیری تزریقی، بازیافت، درصد کریستالی، نرخ جریان مذاب
  • افشین قانعی فر، امیر عطریان* صفحات 8-19
    هدف از این تحقیق بهینه سازی در روش ساخت مواد درجه بندی شده تابعی (FGMs) با نوآوری در ساخت دستگاهی به منظور ریزش برنامه ریزی شده تر، پیوسته و هدفمند مواد برای ساخت نمونه های مورد نیاز است. بررسی، بازبینی میکروسکوپی و مطالعه درجه بندی تابعی پیش بینی شده در نمونه های گوناگون و همچنین مطالعه اثر تغییر درصد حجمی مواد سازنده بر رفتار ریزساختاری، چگالی نسبی و ریزسختی نمونه ها از دیگر کارهای این پژوهش می باشد. نمونه های ساخته شده از ذرات آلومینیوم به عنوان زمینه و ذرات سرامیکی آلومینا به عنوان تقویت کننده، تشکیل شده اند. درجه بندی تابعی توزیع ذرات آلومینا در زمینه آلومینیوم در راستای طولی یک نمونه استوانه ای با بهره گیری از یک دستگاه مواد ریز با توانایی ریزش پیوسته و هدفمند، اعمال گردید. پس از ریزش نمونه هایی با درصد تقویت کننده 10، 15و 20 درصد حجمی درون قالب، فشارهای متفاوتی از MPa 200، MPa400و MPa500 به نمونه ها اعمال گردید و فرآیند تف جوشی در دمای 700 درجه سانتیگراد انجام پذیرفت. نتایج نشان از دقت قابل قبول دستگاه مواد ریز پس از مشاهده توزیع نهایی ذرات تقویت کننده داشت. همچنین، مشخص شد افزایش درصدحجمی آلومینا موجب کاهش چگالی نسبی و افزایش سختی ویکرز نمونه ها گردید. به طوری که، بیشترین سختی در نمونه تقویت شده با20 درصد آلومینا به میزان 8/95 (HV) مشاهده گردید. افزایش فشار تراکم نیز منجر به افزایش چگالی نسبی تا %96 گردید و همچنین، موجب سخت تر شدن نمونه ها شد. درنمونه %15 افزایش فشار تراکم از 200 به MPa500 موجب افزایش سختی تا بیش از 2 برابر شده است.
    کلیدواژگان: مواد مرکب، مواد درجه بندی شده تابعی، آلومینیوم، آلومینا
  • هادی پروز* صفحات 20-27
    گیر قطعه کار به صورت سلب ناگهانی و ناخواسته درجه آزادی آن در حین بارگذاری و باربرداری در فیکسچر تعریف می شود. مطالعه پدیده گیر قطعه کار در قید و بند و پیش بینی وقوع آن در مرحله طراحی، منجر به بازبینی طرح فیکسچر و به تبع آن کاهش هزینه های ساخت و عواقب احتمالی ناشی از گیر قطعه کار در قید و بند می شود. هدف از اجرای پژوهش حاضر، بررسی عددی وقوع گیر قطعه کار در قید و بند با استفاده از مطالعه موردی بلوک و دست و مقایسه نتایج آن با پیش بینی های تئوری است. برای این منظور، آنالیز عددی مساله بلوک و دست با استفاده از نرم افزار تحلیل دینامیکی ادمز اجرا شده است. نتیجه بدست آمده از اجرای آنالیز عددی بیانگر این است که بلوک با حرکت به اندازه 0.754 دچار گیر می شود. نتایج آنالیز عددی با پیش بینی های ارائه شده توسط تئوری های پیشین که عمدتا از دو روش محاسبات دینامیکی سرعت و شتاب در نقاط تماس و اصل کمینه اندازه نیروها بهره می گیرند، مقایسه گردید. نتیجه بر آن شد که طول وقوع گیر در آنالیز عددی، تطابق کاملی با پیش بینی تئوری ارائه شده بر اساس محاسبات دینامیکی سرعت و شتاب دارد. همچنین، اثرات پارامترهای موثر در مساله شامل ضریب اصطکاک بین قطعه کار و سطح زمین، سرعت دوران اهرم دست و جرم بلوک بر روی طول ورود به گیر مورد ارزیابی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: بلوک و دست، گیر قطعه کار، قید و بند، آنالیز عددی، نرم افزار ادمز
  • محسن امامی* صفحات 28-42
    در فرآیندهای ماشینکاری به منظور کاهش اصطکاک تماس ابزار و قطعه کار، کاهش حرارت ماشینکاری و بهبود کیفیت سطح قطعه کار معمولا از سیالات خنک کننده/روانکار استفاده می شود. با این وجود در سال های اخیر به منظور محافظت از سلامت انسان و محیط زیست، قوانین متعددی وضع شده و مصرف کنندگان را ملزم به کاهش مصرف سیالات برش و گسترش استفاده از سیالات کم خطر و تجدیدپذیر نموده است. به همین منظور اخیرا تکنیک جدید روانکاری کمینه برای فرآیندهای ماشینکاری توسعه پیدا کرده است. روغن های گیاهی از جمله روغن های پایه زیستی محسوب می شوند و به دلیل بی خطر بودن شیمیایی و تجدیدپذیری، از ظرفیت قابل ملاحظه ای در زمینه استفاده در روانکاری کمینه برخوردار هستند. فولادهای زنگ نزن جزء دسته مواد سخت ماشینکاری شونده محسوب می شوند و از این رو بهبود قابلیت ماشینکاری آن ها همواره در تحقیقات مطرح بوده است. در این پژوهش اثر روانکاری کمینه و نوع روانکار در فرآیند فرزکاری فولاد زنگ نزن مارتنزیتی 1.4903 EN بررسی شده است. برای این منظور از یک نوع روغن گیاهی دانه کنجد در دو حالت بدون افزودنی (خالص) و با افزودنی آنتی اکسیدان و یک نوع روغن معدنی برش استفاده شده است و نیروهای فرزکاری، زبری سطح و بافت سطح ماشینکاری شده نمونه ها مورد ارزیابی قرار گرفته اند. همچنین به منظور مقایسه، آزمایش ها در دو شرایط ماشینکاری خشک و تر نیز انجام شده است. نتایج نشان می دهد که روش روانکاری کمینه در مقایسه با روش های متداول، با کاهش نیروها و بهبود کیفیت سطح، قابلیت ماشینکاری فولاد زنگ نزن را ارتقاء می بخشد. همچنین نوع روغن مصرفی تاثیر قابل ملاحظه ای بر خروجی های فرآیند دارد.
    کلیدواژگان: فرزکاری، فولاد زنگ نزن مارتنزیتی EN 1، 4903، روانکاری کمینه، افزودنی آنتی اکسیدان
  • رضا حسین میرزایی، مهدی مدبری فر* صفحات 43-50
    پژوهشگرانی که به دنبال توسعه توانایی های رباتها بوده اند، همواره نگاهی به سیستم های زیستی داشته و از آنها الهام گرفته اند. مارمولک یکی از مخلوقات چابک است که بطور قابل توجهی قدرت مانور بر روی سطوح تخت و عمودی مانند دیوار دارد. مطالعه سیستم چسبندگی پا های مارمولک منجر به طراحی چسبنده های مصنوعی بنام چسبنده های خشک یا مارمولکی در سالهای اخیر شده است. این چسبنده ها با مصرف کم انرژی در ربات های دیوار نورد و گریپر های رباتیک عملکرد موفقی داشته اند. گریپر-های موجود عمدتا از مکانیزم تاندونی برای انتقال نیرو استفاده کرده و از سیستم های تحریکی مانند موتور های الکتریکی برای اعمال نیروی برشی استفاده می کنند. در این مقاله بر طراحی و ساخت یک نوع گریپر بر اساس چسبندگی مارمولکی تمرکز شده است که از سیستم تحریک سولونوئیدی برای اعمال نیروی برشی و مکانیزم اسکات- راسل بجای تاندون برای انتقال نیرو استفاده می کند. این گریپر نسبت به گریپر های قبلی ارزانتر بوده و از مکانیزم بادوام تری برای انتقال نیروی برشی استفاده می کند. جهت ارزیابی عملکرد این گریپر پیشنهادی، آزمایشاتی بر روی مواد مختلف انجام شد که نتایج آن نشان دهنده عملکرد موفق گریپر بوده اند. نتایج آزمایشات نشان دهنده 6/4، 1/4 و 5/4 کیلوپاسکال فشار میانگین چسبندگی بر روی سطح اکریلیک، شیشه و فولاد بوده اند. همچنین حداکثر فشار چسبندگی اندازه گیری شده 20 درصد نسبت به گریپر مشابه تاندونی قبلی افزایش داشته است. این نتایج نشان دادند که گریپر با سیستم تحریک سولونوئیدی و مکانیزم اسکات-راسل این پتانسیل را دارد که در گریپر های با چسبنده مارمولکی استفاده شود.
    کلیدواژگان: چسبنده مارمولکی، سولونوئید، گریپر رباتیک
  • وحید پیرحیاتی، صادق رحمتی* صفحات 51-64
    در این مقاله یک مدل تحلیلی بر اساس روش.قاچی، به منظور مطالعه فرآیند نورد نامتقارن ورق های چند لایه غیر متصل با در نظر گرفتن هر دو مدل اصطکاکی شامل مدل اصطکاکی برشی ثابت و مدل اصطکاکی کولمب ارائه شده است. در این مدل پیشنهادی سطوح قائم قاچ دارای توزیع تنش های نرمال غیر یکنواخت.و تنش های برشی می باشند. معادلات تعادل و تسلیم برای هر قطاع.از ورق های فوقانی و زیرین در نواحی چهارگانه منطقه تغییر شکل با در نظر گرفتن فرضیاتی همچون زاویه گیرش بزرگ و بکارگیری میدان تنشی جدید، که سعی گردیده.تا حد امکان نزدیک به شرایط واقعی باشد، استخراج شده است و در ادامه موقعیت نقطه ی اتصال ورق ها به یکدیگر و همچنین موقعیت نقاط خنثی فوقانی و زیرین تعیین و سپس روند تغییرات مهمترین کمیت های فرآیند همچون.فشار، نیرو و گشتاور فرآیند تحت تاثیر مولفه هایی از جمله درصد کاهش ضخامت ورق ها، نسبت سرعت و نسبت شعاع غلتک ها مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با شبیه سازی المان محدود فرآیند در نرم افزار آباکوس به بررسی مدل ارائه گردیده پرداخته شده است. در خاتمه نیز نتایج حاصل از مدل پیشنهادی، با نتایج دیگر مدل های تحلیلی و نتایج تجربی گزارش شده توسط سایر محققین مورد مطالعه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: نورد نامتقارن، مدل قاچی، اصطکاک ترکیبی، نقطه اتصال، نقطه خنثی
|
  • Zahra Salahshornejad, Ehsan Shakouri, Shahram Etemadi, Mohammad Najafi Pages 1-7
    Mechanical recycling of wood products is a step towards maintaining environmental resources and reducing pollution. One of the problems of repeated recycling is the change in physical and mechanical properties, including changes in the molecular structure of products. In this research, in order to analyze the redox molecular structure, a granule of plast with a weight ratio of 70% high density polyethylene is prepared by extruding method and is injected in 5 cycles. Experimental experiments were carried out at a 60-bar injection pressure and a 70-bar retaining pressure and a second pressure time of 2 seconds. Molecular flow rates and crystalline percentages were tested to investigate the molecular structure of the recovered samples. High-density polyethylene with high chain length, with recycling and chain breakage, increased molecular weight, increased viscosity, which reduced the flow rate of molten material in recycled samples. The damage caused by the continuity of the chains and the loss of power between the chains causes an increase in the molten flow rate of 2.8 gr / 10min and the conversion of the semi crystalline molecular structure to amorphous and the reduction of the percentage of crystalline by 30% Is. Increasing the recycling cycle reduces the destruction time to 9.3 minutes in recycled samples
    Keywords: Plastic Composite, Injection Molding, Recycling, Crystal Percentage, Melt Flow Rate
  • Afshin Ghaneifar Pages 8-19
    In this paper, a novel fabrication technique for functionally graded materials (FGMs) to have a programmed and continuous material pouring is presented. Microscopic examination and studying the desired gradient in various samples as well as studying the effects of volume fraction of constituents on microstructure, relative density and micro-hardness of the samples are other investigations presented in this article. The fabricated samples are made of Al powder as the matrix and Alumina (Al2O3) ceramic particles as the reinforcement. Functional gradient of Alumina particles distribution in the Al matrix along a cylindrical sample was applied using a novel material pouring device. After pouring the powder mixture with 10, 15, and 20 vol% of reinforcement into the die, various compacting pressures of 100, 200, 400, and 500 MPa were applied to the sample and sintering process under 700 oC temperature was carried out. The results show acceptable accuracy of the material pouring device after examining the distribution of reinforced particles. As well, it is obtained that as the volume fraction of Alumina particles increase, the relative density decreases and the Vickers micro-hardness enhances. So that, the most hardness in 20% Alumina sample is observed about 95.8 HV. In addition, as the compacting pressure increases, the relative density enhances up to 96%. In Al-15 vol% Al2O3 sample, increasing the compacting pressure from 200 to 500 MPa caused an improvement in micro-hardness by about 200%.
    Keywords: Composites, Functionally graded materials (FGMs), Aluminum, Alumina
  • Hadi Parvaz * Pages 20-27
    Jamming is defined as sudden and unwanted immobilization of workpiece during its loading/unloading into the fixture. Investigation of workpiece jamming in fixture and prediction of its occurrence during fixture design process may induce to modification of the fixturing plan, reduction of the fixture fabrication costs and decreasing of the jamming-related consequences. The present study focuses on the numerical investigation of workpiece jamming in fixture using block and palm case study and comparison of its results to the theoretical predictions. For this purpose, numerical analysis of block and palm case study is conducted using Adams® software. Results of numerical analysis represent that jamming is occurred for block by traveling of distance equal to 0.754 on the horizontal surface. Numerical results are compared to the theoretical predictions. Theories for prediction of jamming incorporate two main methods; first, development of dynamics equation for calculation of velocity and acceleration at the contact points and second, the minimum norm principle. Agreement of the numerical results to the predictions of the first-category theoretical analyses (calculation of the velocity and acceleration at the contact points) confirmed the accuracy of the numerical results. Also, effects of the parameters including coefficient of friction between the workpiece and base plate, angular velocity of palm and mass of block are studied on the block’s jamming distance.
    Keywords: Adams, Block, Palm, Fixture Design, Jamming, Numerical analysis
  • Mohsen Emami * Pages 28-42
    Cooling/lubricant fluids are typically used in machining processes to reduce the tool-workpiece friction, decrease machining heat and improve surface quality. In recent years, however, several laws have been used in place to protect human health and environment, requiring industry to reduce coolants consumption and expand the use of low-risk and renewable ones. For this reason, a recent new lubrication technique called minimum quantity lubrication (MQL) has been developed for the machining processes. Vegetable oils are kinds of bio-based lubricants and have a significant capacity to be used in MQL due to their environmentally friendly and renewable properties. Stainless steels are considered to be difficult to machining materials and hence their machinability improvement has always been the subject of research. In this investigation, the effects of MQL and type of lubricant in the milling process of martensitic stainless steel EN 1.4903 have been studied. For this purpose, one type of vegetable oil derived from sesame seeds in two conditions including non-additive (pure) and with antioxidant additives, as well as one type of mineral oil have been applied in the experiments. Then, milling force, surface roughness and surface texture have been evaluated. Also, in order to compare the results with other lubrication methods, the tests have been performed under dry and wet conditions. The results show that the MQL compared to the conventional lubrication methods increases the machinability of stainless steel by reducing forces and improving surface quality. Moreover, the type of oil applied has a great influence on the process outputs.
    Keywords: Milling, Stainless steel EN 1.4903, Minimum quantity lubrication (MQL), Antioxidant additive
  • Reza Hosein Mirzaee, Mehdi Modabberifar * Pages 43-50
    The Researchers seeking to expand the capabilities of robots have begun looking to biological systems for inspiration. One particularly agile creature, the gecko lizard, is remarkably adept at maneuvering across both flat and vertical surfaces. The study of the gecko’s adhesive system has informed the design of several synthetic adhesives in recent years. These low consuming energy adhesives had a successful performance in climbing robots and robotic grippers. The existing grippers mainly use tendon mechanism for transmitting force inside the gripper and electrical motors for actuating the gripper. This paper concentrates on design and fabrication of a new gripper which uses solenoid for actuation, and Scuttt-Russel mechanism instead of tendon mechanism for transmitting force. The new gripper is more robust and cheaper than existing grippers. To verify the applicability of proposed gripper, experiments were conducted on a variety of substrates that demonstrated the gripper’s successful operation. Experimental results demonstrated 4.6, 4.5 and 4 kPa average normal adhesion pressure on the surface of acrylic, steel and glass respectively. Also, maximum measured adhesion increased 20% in comparison with previous tendon gripper. The results illustrate that a Solenoid actuator with Scott-Russel mechanism has the potential to be used as a new actuator in gecko-inspired gripper.
    Keywords: Gecko-like adhesive, Solenoid, Robotic Gripper
  • Vahid Pirhayati, Sadegh Rahmati * Pages 51-64
    In this paper, according to slab method an analytical model is presented to study asymmetrical rolling process of unbounded clad sheets; in which, based on the process conditions, both of the two frictional models, including constant shear frictional model and coulomb frictional model, are applied. In the proposed model, vertical sides of the slabs include non-uniform normal stresses and shear stresses distribution. Equilibrium and yield equations for each portion of upper and lower sheets in the quaternary zones of deformation region are extracted by considering assumptions such as, large contact angle and utilization of new stress field, which is tried to be as near as possible to the real situation. Then, the bonding point position of the sheets, as well as, the upper and lower neutral points’ position, are determined. Moreover, the trend of the most important process quantities such as, pressure, force and torque of the process which are influenced by the sheet thickness reduction, ratio of speeds and work rolls radii, are investigated. Additionally, the proposed model is studied via finite element process simulation using ABAQUS software. Eventually, the results of the proposed model is compared with the analytical and experimental results of other researchers.
    Keywords: Asymmetrical rolling, Slab Method, Hybrid friction, Contact point, Neutral point