مهندسی ساخت و تولید ایران
سال:1395 | دوره:3 | شماره:2 |تعداد مقالات:8

فرایندهای تغییر شکل موم سان شدید از جمله فرایندهایی هستند که به منظور ریزدانه شدن ساختار مواد و بهبود خواص مکانیکی کاربرد دارند. روش پرس کاری در کانال های هم مقطع یا ECAPاز جمله مهم ترین روش های مرسوم تغییر شکل موم سان شدید برای نمونه های حجیم است. هدف از تحقیق جاری بررسی تاثیر ECAP و عملیات حرارتی بر خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 7075 است. پس از عملیات حرارتی انحلال، ECAP در دمای اتاق بر روی نمونه ها انجام شده و کاهش متوسط اندازه دانه ها و کشیدگی آن ها در راستای طولی مشاهده گردید. مقایسه سختی قبل و بعد از ECAP، افزایش قابل توجه سختی در اثر این عملیات را نشان می دهد. برای بررسی تاثیر زمان عملیات انحلال بر سختی، نمونه ها به مدت 5، 10 و 15 ساعت در دمای 500 درجه سانتی گراد قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد که افزایش زمان انحلال از 5 به 15 ساعت، موجب کاهش سختی نمونه ها از 45 به 39 HRB شده است. علت این امر افزایش میزان انحلال ذرات رسوبی در مرحله تشکیل محلول جامد است که توسط تصاویر متالوگرافی مشاهده شد. عملیات حرارتی پیرسازی به منظور بهبود سختی آلیاژ پس از ECAP در دماهای 80 و 120 درجه سانتی گراد صورت گرفت. نتایج پیرسازی پس از ECAP نشان گر افزایش سختی در اثر رسوب گذاری، در کلیه نمونه ها است. افزایش زمان انحلال، تشکیل محلول جامدی غنی از عناصر آلیاژی را در پی دارد و سختی بیشینه نمونه در اثر افزایش زمان انحلال از 5 به 15 ساعت، از 92 به 98 HRB، طی پیرسازی در دمای 120 درجه، افزایش یافته است.

شکل دهی غلتکی سرد یک فرایند شکل دهی ورق فلزات است که از نظر ظاهری ساده ولی به دلیل پارامتر های زیادی که بر این فرایند تاثیر گذار هستند و اثر متقابلی که این پارامترها بر یکدیگر دارند با چالش هایی روبرو است. یکی از مهمترین عیوبی که روی کیفیت محصولات این فرایند تاثیر می گذارد، عیب نازکی شدگی می باشد. این عیب که عمدتاً در ناحیه خم ورق اتفاق می افتد تحت تاثیر پارامترهایی از فرایند می باشد. پارامترهایی از قبیل: زاویه شکل دهی، ضخامت ورق، قطر غلتک، شعاع گوشه غلتک و فاصله بین ایستگاه ها تاثیر زیادی در وقوع عیب پارگی دارند. در این مقاله به بررسی پارامترهای شعاع گوشه غلتک، زاویه شکل دهی و ضخامت ورق بر روی عیب نازک شدگی در این فرایند پرداخته شده است. برای انجام این تحقیق آزمایش های تجربی شکل دهی غلتکی سرد انجام شده است و از شبیه سازی اجزای محدود نرم افزار آباکوس برای پیش بینی عیب نازک شدگی در ناحیه خم استفاده شده است. برای انجام آزمایش های تجربی از ورق فولادی st52استفاده شد. نتایج نشان داد که از سه پارامتر مورد بررسی در این مقاله شعاع گوشه غلتک 5/0 میلی متر با 7/41 % و زاویه شکل دهی 60 درجه با 7/40 % بیشترین تاثیر را بر عیب نازک شدگی دارند؛ از این رو برای کم کردن کرنش های عرضی در ناحیه خم بهتر است که زاویه شکل دهی کاهش یابد، بنابراین تعداد ایستگاه های شکل دهی باید افزایش یابد.

آلیاژ آلومینیوم 2024 اگر چه استحکام بالایی دارد ولی شکل پذیری آن پایین است. به همین علت در طی فرایندهای تولید از طریق شکل دهی نظیر نورد، نیاز به اعمال انرژی کاری بالایی است. از این رو دستیابی به خواص مکانیکی بالا همراه با بهبود نوردپذیری مهمترین چالش در تولید این آلیاژ محسوب می شود. اغلب برای غلبه بر مشکل شکل پذیری این آلیاژ، عملیات نورد سرد در دمای زیر صفر انجام می شود که مشکلات اجرایی را به همراه دارد. هدف از این مقاله بهبود خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 2024 از طریق انتخاب مناسب عملیات ترکیبی کار سرد در دمای اتاق و رسوب سختی می باشد. بدین منظور تسمه نورد گرم شده این آلیاژ بعد از عملیات انحلالی در دمای ̊ C 495 به مدت یک ساعت، در آب سرد کوئنچ گردید. سپس عملیات نورد سرد در دمای اتاق با 15، 30 و 50 درصد کاهش ضخامت انجام گرفت. نمونه ها بعد از پیرسازی طبیعی تحت آزمایش کشش و سختی سنجی قرار گرفتند و بررسی های ریزساختاری به کمک متالوگرافی صورت گرفت. نتایج نشان می دهد که نمونه نورد سرد شده به میزان 30 درصد کاهش ضخامت در بین نمونه های نورد سرد شده یا T4، بالاترین استحکام و سختی را دارد.

سنگ زنی یکی از فرایندهای نهایی روی قطعه است که کیفیت سطح را بهبود می بخشد. چرخ سنگ باید قبل از آنکه کیفیت سطح خراب شود تیز گردد. به منظور دست یابی به بهترین شرایط سطح چرخ سنگ باید پارامترهای دِرِسینگ آن به خوبی تنظیم شوند. در این پژوهش یک مطالعه آزمایشگاهی برای بررسی اثرات پارامترهای فرایند درسینگ چرخ سنگ بر کیفیت سطح قطعه کار غلتک های نورد فولادی کروم-مولیبدن انجام شد. در ابتدا عملیات درسینگ بر چرخ سنگ انجام و توپوگرافی چرخ سنگ، کیفیت سطح چرخ سنگ وکیفیت سطح قطعه کار در قبل و بعد از عملیات سنگ زنی مورد مقایسه قرار گرفت. در این قسمت تعداد 20 آزمایش با استفاده از روش پاسخ سطح و طراحی مرکب مرکزی انجام شد تا اثرات پارامترها بر زبری سطح نهایی تعیین گردد و پارامترهای بهینه شناسایی شوند. در مطالعه پارامترها نتایج بدست آمده نشان داد در بین پارامترهای فرایند سرعت پیشروی و عمق درسینگ در کمترین مقدارو سرعت چرخ سنگ در بالاترین مقدار، تاثیرگذارترین پارامتر بر زبری سطح نهایی خواهند بود. در پایان جهت بهینه سازی زبری سطح از روش تابع مطلوب استفاده شد.

در این تحقیق، فرایند اکستروژن معکوس اصطکاکی اغتشاشی برای تولید لوله های ریزدانه آلومینیومی ارائه شده است. شکل دهی لوله ها در این روش، با نفوذ ابزار دورانی به درون ماده توپر اولیه صورت می گیرد. شبیه سازی اجزا محدود این روش تاثیر پارامترهای مختلف از جمله دما، کرنش اعمال شده و نحوه سیلان در حین فرایند را مشخص کرده است. خواص مکانیکی و متالوژیکی لوله های تولید شده توسط بررسی ریز ساختاری، آزمون کشش و میکرو سختی مورد مطالعه قرار گرفته است. تصویر میکروسکوپی ریز ساختار نشان دهنده این موضوع است که این فرایند توانایی تولید لوله هایی با ریز ساختار اصلاح شده در اثر پدیده تبلور مجدد دینامیکی را دارد. در نتیجه اصلاح ریز ساختار وکاهش سایز دانه ها در راستای دیواره داخلی لوله ها، اندازه دانه ها از مقدار اولیه 110 میکرون به حدود 33 میکرون کاهش یافته است. نتایج بدست آمده از تست کشش نشان دهنده افزایش استحکام نهایی از مقدار اولیه 153 مگاپاسکال به 195 مگاپاسکال و درصد ازدیاد طول از 10% به 13% می باشد. درنتیجه استحکام نهایی به میزان 13% رشد داشته است. متوسط سختی لوله ها در امتداد ضخامت از 63 ویکرز به 82 ویکرز افزایش یافته است. نتایج بدست آمده تایید کننده این موضوع است که این فرایند برای تولید نوعی از لوله ها با خواص استحکامی و انعطاف پذیری بالا، مناسب می باشد.

فرایند نانومنیپولیشن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، از روش هایی جدید در ساخت و تولید تجهیزات مختلف در مقیاس میکرو/نانو می باشد. این فرایند امروزه به شدت مورد توجه محققان قرار گرفته است. به دلیل دقت بسیار بالایی که در ساخت تجهیزات مقیاس میکرو/نانو وجود دارد، مدل سازی دقیق این فرایند تاثیر مهمی بر ساخت این تجهیزات خواهد داشت. همچنین به دلیل هزینه های بالای استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی در ساخت تجهیزات میکرو/نانو، ضروری است که ابتدا مدل سازی این فرایند به دقت انجام شده و سپس وارد حوزه های ساخت شد. تاکنون محققین بسیاری به مدل سازی فرایند منیپولیشن پرداخته اند که بیشتر تحقیقات آن ها در رابطه با منیپولیشن دوبعدی و استفاده از مدل های ساده ی اصطکاکی صورت گرفته است. ازآنجاکه منیپولیشن واقعی در ساخت تجهیزات میکرو/نانو در محیط سه بعدی صورت می پذیرد و همچنین باتوجه به این که با گذر از دنیای ماکرو به محیط میکرو/نانو نیروهای سطحی از جمله اصطکاک نقش مهمی دارند، لذا در این مقاله برای اولین بار از مدل اصطکاکی دقیق لاگره در مدل سازی منیپولیشن سه بعدی استفاده شده است. نتایج به دست آمده حکایت از کاهش نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن با استفاده از مدل اصطکاکی لاگره نسبت به مدل های ساده ی اصطکاکی دارند، که این امر باتوجه به این که مدل لاگره به سطح واقعی تماس پرداخته، درحالی که سایر مدل ها سطح ظاهری تماس را دربر می گیرند، قابل توجیه است. همچنین مقایسه نتایج سه بعدی به دست آمده با نتایج دوبعدی موجود نشان از افزایش نیرو و زمان بحرانی سه بعدی داشته که باتوجه به افزایش سطح تماس دلیلی بر صحت مدل سازی انجام شده می باشد.

فرایند سوراخ کاری استخوان مهمترین فرایند در اعمال جراحی ارتوپدی و درمان شکستگی هاست و همچنین در دندانپزشکی و نمونه برداری از استخوان کاربرد فراوانی دارد و به جهت پیچیدگی ماده تحت فرایند ماشین کاری و حساسیت فرایند، یکی از مهمترین، حساس ترین و پرکاربرد ترین فرایندهای مکانیکی درحوزه مهندسی پزشکی است. با استفاده از ربات های جراحی در سوراخ کاری استخوان و استفاده از دریل های اتوماتیک می توان اعمال جراحی ارتوپدی را بهبود بخشید. در انجام فرایند سوراخ کاری استخوان، اعمال نیروی بیش از حد به استخوان سبب ایجاد شکست و ترک خوردگی و ایجاد آسیب جدی در استخوان می شود. و همچنین این امکان وجود دارد که مته جراحی در داخل بافت دچار شکستگی گردد. در این مقاله یک مدل ریاضی رگرسیون خطی مرتبه دوم به منظور پیش بینی رفتار نیروی فرایند در حین عمل سوراخ کاری استخوان برحسب سرعت دوران ابزار، نرخ پیشروی، قطر ابزار و برهم کنش های موثر آنها ارائه شده است. این مدل می تواند با دقت مناسب نیروی محوری اعمالی به بافت استخوان را در بازه آزمایش ها پیش بینی نماید. همچنین با طراحی آزمایش ها و مدل سازی و بهینه سازی پارامترهای موثر در فرایند سوراخ کاری استخوان به روش سطح پاسخ، بهینه ی مقدار سرعت دوران ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار به منظور دستیابی به کمترین مقدار نیرو ایجاد شده در حین سوراخ کاری استخوان و عدم آسیب به بافت آن، ارائه گردیده است. نتایج به دست آمده بدین صورت است که هرچه قطر مته مورد استفاده کوچکتر باشد و سرعت دورانی ابزار بیشتر گردد و در فرایند سوراخ کاری از نرخ پیشروی کمتری استفاده شود، نیروی محوری وارده بر بافت استخوان کمتر خواهد بود.

در حال حاضر یکی از مسائل بسیار مهم در صنایع هوافضا و خودروسازی، کاهش وزن سازه ها و همچنین مقابله با پدیده خوردگی می باشد. استفاده از آلیاژهای آلومینیوم می تواند به سبک تر کردن قطعات و در نتیجه کاهش مصرف سوخت کمک کند. در این پژوهش، طراحی فرایند و ساخت نمونه با استفاده از فرایند انبساط دهی لوله با استفاده از یک واسط کشسان انجام گرفت. آلیاژ آلومینیوم بکار رفته برای تولید لوله از آلیاژ آلومینیومAA1050A بوده و از میله پلی اورتان با سختی Shore A 85 به عنوان لاستیک استفاده شد. با انجام آزمون های تعیین خواص مکانیکی رفتار ماده آلومینیوم و همچنین پلی اورتان بدست آمد. آزمون های تجربی برای تولید نمونه بر روی دستگاه هیدروفرمینگ انجام شد. در آزمون های تجربی برای اعمال فشار داخلی و تغذیه محوری، تنها از حرکت سنبه های دستگاه استفاده شد. تغییر منحنی بارگذاری در این فرایند، با تغییر طول لوله و ثابت نگه داشتن طول میله پلی اورتان انجام شد. با تغییر طول لوله های اولیه و در نتیجه تغییر زمان شروع اعمال تغذیه محوری، تولید نمونه های سالم و بدون ترکیدگی امکان پذیر گردید. ملاحظه گردید با ایجاد چروکیدگی مفید در مرحله اول شکل دهی، می توان به محصولی با نسبت بالج بالاتر و حداکثر نازک شدگی پایین تر دست یافت. نمونه های نهایی تولید شده با استفاده از منحنی بارگذاری بهبود یافته، دارای حداکثر نسبت بالج 83/24 درصد و حداکثر نازک شدگی 5/6 درصد بودند.