per
انجمن مهندسی ساخت و تولید ایران
مهندسی ساخت و تولید ایران
2476-504X
2020-05-21
7
3
1
21
108408
Original Article
بررسی تئوری و تجربی ارتعاشات چتر در شرایط ماشینکاری خشک و تر در فرآیند تراشکاری
Theoretical and Experimental Study of the Chatter Vibration in Dry and Wet Machining Conditions in the Turning Process
محسن امامی
dr.emami@bkatu.ac.ir
1
عطیه کریمی پور
karimipour@bkatu.ac.ir
2
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان. بهبهان، ایران.
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان. بهبهان، ایران.
تراشکاری یکی از رایجترین فرآیندهای برادهبرداری میباشد. چتر خودتحریک که از متداولترین عوامل ناپایداری برش است میتواند به شدت موجب پایین آمدن راندمان برادهبرداری و کاهش کیفیت سطح ماشینکاری گردد. با تعیین نمودار حد پایداری، میتوان نواحی پایدار و ناپایدار برش را پیشبینی نمود. با کمک این نمودار و با انتخاب مناسبترین سرعت اسپیندل و عمق برش میتوان به راندمان ماشینکاری بالاتری دست یافت. علیرغم اهمیت خنککاری با سیال برش، تاکنون کمتر به بررسی تأثیر خنک-کاری بر پایداری چتر در فرآیندهای ماشینکاری پرداخته شده است. ازاینرو در پژوهش حاضر، با توجه به اهمیت موضوع، ارتعاشات چتر در فرآیند تراشکاری به صورت تئوری و تجربی برای دو شرایط خنککاری شامل ماشینکاری خشک و ماشینکاری تر بررسی شده است. ابتدا یک مدل جدید جهت پیشبینی نیروی تراشکاری به روش نیمهتجربی و با استفاده از برنامهریزی بیان ژن توسعه داده شده است .در این مدلسازی، نیروی تراشکاری به صورت تابعی از پارامترهای برش و شرایط خنککاری بدست میآید. سپس از مدل نیروی بدست آمده جهت پیشبینی منحنی حد پایداری برای دو حالت خنککاری (خشک و تر) استفاده شده است. در مرحله بعد، نمودارهای حد پایداری توسط دادههای تجربی، ارزیابی شدهاند. نتایج این پژوهش نشان میدهد که تطابق خوبی بین منحنیهای حد پایداری و دادههای تجربی چتر وجود دارد. همچنین خنککاری با سیال برش در تراشکاری تأثیر قابلملاحظهای بر جابهجایی نمودار حد پایداری دارد. از طرف دیگر در محدوده آزمایشهای این پژوهش دو ناحیه عملیاتی مجزا با پایداری متفاوت قابل شناسایی است که با انتخاب نواحی پایدار میتوان به توانایی ماشینکاری مطلوبتری دست یافت.
Turning is one of the most commonly used material removal processes. The self-excited chatter, which is one of the most common causes of cutting instability, decreases machining efficiency and surface quality extremely. The stable and unstable regions of the cutting are predicted by determining the stability lobe diagram (SLD). With the aid of this diagram and choosing the most suitable spindle speed and depth of cut a higher machining efficiency can be achieved. Despite the importance of cooling with cutting fluid, less attention has been paid to the effect of cooling on the chatter stability in machining processes. Therefore, in the present study, due to the importance of the subject, the chatter vibration in the turning process has been theoretically and experimentally investigated for two cooling conditions including 1- dry machining and 2- wet machining. First, a new model has been semi-empirically developed for prediction of turning force using Genetic Expression Planning (GEP). In this modeling, the turning force is obtained as a function of cutting parameters and cooling conditions. Then, the extracted force model is used to predict the chatter stability limit diagram (SLD) for two cooling conditions (dry & wet). In the next step, the SLDs have been evaluated by empirical data. The results of this research show that there is a good agreement between the SLDs and experimental chatter data. Moreover, the cooling with cutting fluid in the turning process has a significant effect on the displacement of the SLD.
https://www.iranjme.ir/article_108408_034deb684b9b843f93a61fd2602a44b8.pdf
فرآیند تراشکاری
سیال برش
مدل نیرو
نمودار حد پایداری
Turning process
Cutting fluid
Force model
Stability limit diagram (SLD)
per
انجمن مهندسی ساخت و تولید ایران
مهندسی ساخت و تولید ایران
2476-504X
2020-05-21
7
3
22
33
108409
Original Article
بررسی تحلیلی و تجربی تاثیر سرعت دورانی و نرخ پیشروی بر افزایش دما در سوراخکاری استخوان کورتیکال
Analytical and experimental investigation of influence of rotational speed and feed on temperature elevation in cortical bone drilling
مسعود محمدی
313mohamadi@gmail.com
1
محمدمراد شیخی
m.sheikhi@sru.ac.ir
2
محمد مقداد فلاح
meghdad.fallah@gmail.com
3
احسان شکوری
e_shakouri@iau-tnb.ac.ir
4
دانشگاه شهید رجایی
گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران
گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران
مدیر آموزش های آزاد و توسعه دوره های کوتاه مدت سازمان مرکزی دانشگاه آزاد اسلامی/ عضو هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی - واحد تهران شمال
سوراخکاری استخوان، یکی از بخشهای ضروری در جراحی ارتوپدی میباشد. اگر دمای این فرایند بیشتر از 47°C شود، نکروز حرارتی اتفاق میافتد. در صورت وقوع نکروز حرارتی، تثبیت استخوان به خوبی انجام نمیگیرد. به همین دلیل تحقیقات فراوانی برای کاهش نکروز حرارتی صورت گرفته است. در این مطالعه، با استفاده از یک مدل تحلیلی، افزایش دمای استخوان در حین سوراخکاری و در نرخ پیشروی و سرعتهای دورانی مختلف بررسی شد. برای تایید نتایج تحلیلی، افزایش دماهای به دست آمده در مقایسهی با فرآیند سوراخکاری استخوان فمور گاو، ارزیابی شد. با مقایسهی نتایج، مشخص شد که بین نتایج تحلیلی و تجربی تفاوت وجود دارد، که مربوط میشود به تخمین نادرست سهم حرارت تولید شده که به استخوان وارد میشود. بنابراین مقادیر صحیح این سهم حرارتی، پس از مقایسهی نتایج تحلیلی و عملی به دست آمد. در نهایت، این نتیجه حاصل شد که سهم حرارت به نرخ پیشروی و سرعت دورانی وابسته است و همچنین یک رابطهی جدید برای آن ارائه شد. نتایج تجربی در بازههای بررسی شده نشان دادند که با افزایش نرخ پیشروی، دما کاهش مییابد و با افزایش سرعت دورانی، دما به صورت نوسانی تغییر میکند
Bone drilling process is one of the essential steps in orthopedic surgeries. If temperature of this process is more than 47 ° C, thermal necrosis occurs. In the event of the thermal necrosis, bone consolidation is not well done. For this reason, a lot of research has been done to reduce the thermal necrosis. In this study, by using an analytical model, bone temperature elevation during drilling was investigated at different feed rates and rotational speeds. To validate the analytical results, the bone temperature elevations were evaluated by comparison with bone drilling process using bovine femurs. With comparison the results, it was found that there are differences between analytical and experimental results that are related to incorrect estimation of the fraction of total heat generated that flows into the bone. Therefore, the correct values of this fraction were obtained after comparing analytical and experimental results. Finally, it was concluded that the fraction is dependent on the feed rate and rotational speed, and also a new equation was presented for it. Experimental results show that within the range of the investigated variables, increase in feed rate causes decrease in bone temperature and with the increase in rotational speed, the bone temperature changes are swinging.
https://www.iranjme.ir/article_108409_57c5efd7cbe5efa211c34f8f0e1f6316.pdf
سوراخکاری استخوان
نکروز حرارتی
پارامترهای سوراخکاری
مدل حرارتی
bone drilling
thermal necrosis
Drilling parameters
Analytical model
per
انجمن مهندسی ساخت و تولید ایران
مهندسی ساخت و تولید ایران
2476-504X
2020-05-21
7
3
34
41
108410
Original Article
بررسی اثر سرعت دورانی پین و شانه بر روی خواص مکانیکی ناحیه ایجاد شده توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی در آلیاژ آلومینیم 6061
Investigating the effect of pin and shoulder rotational speed on the mechanical properties of friction stir processed region in Al6061
سید حسن نوربخش
nourbakhsh.sh@eng.sku.ac.ir
1
یاسین کربعلی
yasin.k3005@gmail.com
2
محمد صولتی
en.solati@gmail.com
3
دانشگاه شهر کرد
کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران
فرآیند اصطکاکی اغتشاشی یک فرایند بهبود دهندهی خواص مکانیکی و متالورژیکی سطوح فلزات می باشد. یکی از مهمترین پارامترهای اثرگذار بر روی ساختار و خواص مکانیکی ناحیه ایجاد شده توسط این فرآیند سرعت دورانی پین و شانه ابزار کار است. در این تحقیق اقدام به طراحی ابزار جدیدی شده که بر خلاف ابزارهای معمول، پین و شانهی آن از یکدیگر مستقل بوده و می توانند سرعتهای دورانی متفاوت و مجزایی را اختیار کنند. فرآیند اصطکاک اغتشاشی با ثابت نگه داشتن سرعت شانه بر روی 800 دور بر دقیقه و تغییر سرعت پین به ترتیب 800، 1000 و 1250 دور بر دقیقه انجام شد. دمای بیشینه و مقاومت مکانیکی ناحیه ایجاد شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که با ثابت نگه داشتن سرعت شانه و افزایش سرعت پین، دمای بیشینه فرآیند افزایش چشمگیری پیدا نمی کند(افزایش حدودا 2 درصد در دمای بیشینه با افزایش 25 درصد در سرعت دورانی پین). افزایش سرعت دورانی پین مقاومت مکانیکی ناحیه ایجاد شده را افزایش داد. افزایش سرعت دورانی پین از 800 دور بر دقیقه به 1250 دور بر دقیقه باعث افزایش 18 درصد در تنش نهایی شد.
Friction stir process is one of the process that improve the mechanical and metallurgical properties of metals surface. One of the important parameters in this process which affect mechanical and metallurgical properties is rotational speed of shoulder and pin tool. In this study, unlike the other research a new tool was designed and manufactured in such a way that rotational speed of pin and shoulder is seperatable from each other and each one can adopt different speed. Friction stir process was done with constant rotational speed of shoulder (800 rpm) and different rotational speed of the pin(800, 1000 and 1250 rpm). Maximum temperature and mechanical properties of the samples was investigated. The results showed that the maximum temperature does not increase greatly with increasing the rotational speed of the pin (2% increase with 25% increase in the rotational speed of the pin). Mechanical properties of the samples increased with increasing the rotational speed of the pin. The ultimate stress was increased 18% when the rotational speed of the pin was changed from 800 rpm to 1250 rpm.
https://www.iranjme.ir/article_108410_fa1dab685fe40386a5c11d3aef9dc0c4.pdf
آلیاژ آلومینیم 6061
فرایند اصطکاکی اغتشاشی
سرعت دورانی
مقاومت مکانیکی
دما
Al6061
Friction Stir Process
Rotational Speed
Mechanical properties
Temperature
per
انجمن مهندسی ساخت و تولید ایران
مهندسی ساخت و تولید ایران
2476-504X
2020-05-21
7
3
42
51
108411
Original Article
مطالعه تجربی و عددی قطعات مس خالص فوق ریزدانه با استحکام بالا توسط فرآیند اکستروژن ترکیبی تجمعی
Numerical and experimented study of UFG pure copper with high strength processed by Accumulative compound extrusion (ACE)
احسان شالچی
e.shalchi@gmail.com
1
حسین جعفر راده
h.jafarzadeh@iaut.ac.ir
2
غلامرضا هاشمی
hosseinjama@gmail.com
3
کارشناسی ارشد ، مهندسی مکانیک، پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز
گروه مهندسی مکانیک-ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز
کارشناسی ارشد ، مهندسی مکانیک، پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز
امروزه قطعات با استحکام مکانیکی بالا و رسانایی الکتریکی خوب تولید شده با فرایندهای تغییر شکل پلاستیک شدید، جهت استفاده در صنایع الکترونیکی مورد توجه محققان مختلف قرار گرفته است. در این تحقیق، روش اکستروژن ترکیبی تجمعی به عنوان روشی مناسب در تولید قطعات مسی فوق ریز دانه ارائه شده است. بدین منظور، مس خالص به عنوان ماده اولیه در داخل مجموعه قالب قرار گرفت. در نیم سیکل اول فرایند، بیلت اولیه توسط سنبهای از بالا بر روی یک ماندرل ثابت فشرده شد و موجب ایجاد سیلان شعاعی و مستقیم ماده در درون قالب گردید. در ادامه در نیم سیکل دوم فرآیند توسط سنبه پایینی، بیلت اولیه شکل هندسی خود را بازیابی نمود. مقدار کرنش پلاستیک تجمعی در هر سیکل فرآیند با استفاده از روابط تحلیلی محاسبه گردید. مطالعات ریزساختاری حاکی از تغییرات قابل توجه اندازه دانه میباشد، بطوریکه اندازه دانه از مقدار اولیه µm 39 به nm 110-240 در سیکل دوم کاهش یافت. نتایج حاصل از آزمون میکروسختی، حاکی از افزایش سختی نمونهها از HV 57 به HV 98 بوده و همچنین استحکام کششی تسلیم و حداکثر نمونهها به ترتیب 2.07 و 1.13 برابر در انتهای سیکل دوم افزایش یافته است. رفتار سیلان پلاستیک ماده در حین فرآیند اکستروژن ترکیبی با روش اجزای محدود و نرم افزار DEFORM-2D شبیهسازی گردید و نتایج حاصله مطابقت خوبی با نتایج تحلیلی داشت. با بررسی قابلیت هدایت الکتریکی نمونههای مسی اولیه و اکسترود شده مس خالص فوق ریزدانه با استحکام بالا و هدایت الکتریکی مناسب، در مقایسه با مس آلیاژی حاصل گردید.
By the fast growing of electronic related industries, the demand for application of high strength with high conductivity materials is getting increased. In this paper, the accumulative compound extrusion is proposed as a severe plastic deformation method to produce UFG pure copper. An initial copper billet is placed in the die. In the first half- cycle the billet is pressed against the fixed mandrel by an upper punch which results in radial and forward flow of material. In the second half-cycle the billet is regained it's initial shape by pressing down punch. The accumulated plastic strain in each cycle of ACE processing is computed by analytical method and the obtained results showed significant amount of imposed plastic strain. The microstructure evolution during ACE processing was significant grain refinement of 110-240 nm from the initial grain size of 39µm at the end of second cycle. The microhardness examinations showed the increase of ACE processed Hardness to 98HV from the initial value of 57 HV. Also, the results of tensile tests showed the increase of yield and ultimate tensile strength by the factor of 2.07 and 1.13, respectively at the end of ACE second cycle. The flow behavior of material was simulated using FEM in DEFORM 2D software and the model predictions were in good agreement with the analytical results. The electrical conductivity examinations of the ACE processed samples showed the UFG pure copper with high strength and good conductivity in contrast with the alloyed copper parts.
https://www.iranjme.ir/article_108411_0fc8e708bc7b9cf0d282a4b35a13e262.pdf
اکستروژن ترکیبی تجمعی
تغییرشکل پلاستیک شدید
شبیهسازی اجزای محدود
مس خالص تجارتی
مواد فوق ریزدانه
Accumulative compound extrusion
Severe plastic deformation
FEM
Pure Copper
ultra fine-grain
per
انجمن مهندسی ساخت و تولید ایران
مهندسی ساخت و تولید ایران
2476-504X
2020-05-21
7
3
52
62
108412
Original Article
ارزیابی استفاده از ابزار دوکی شکل شناور برای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی دوطرفه آلومینیم
Assessment of using the floating bobbin tool for double sided friction stir welding of aluminium
محمد علی نظیری
nazirima123@gmail.com
1
امین ربیعی زاده
rabieezadeh@iaushiraz.ac.ir
2
گروه مهندسی مواد، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران
گروه مهندسی مواد، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، جایگزین مناسب روش جوشکاری با قوس – الکترود فلزی با گاز محافظ برای اتصال آلیاژهای آلومینیم در صنایع هوافضا و کشتی سازی است. اخیرا تکنیک جدیدی از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با عنوان جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با ابزار دوکی شکل شناور معرفی شده است که اجرای این فرآیند را با نیروی عمودی تقریبا صفر ممکن میسازد. از دیگر مزایای این تکنیک، میتوان به جوشکاری دو طرفه همزمان و تقارن ناحیه اغتشاش در امتداد ضخامت اشاره کرد. تمرکز اصلی این مقاله بر استفاده از تکنولوژی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی دوطرفه با ابزار دوکی شکل شناور برای اتصال آلومینیم خالص تجاری است. ابزار مورد استفاده در این فرآیند از جنس فولاد گرم کار با سختی HRC 52 است که دارای دو شانه و یک پین استوانهای رزوهدار است. پس از اجرای فرآیند جوشکاری، به منظور ارزیابی کیفیت اتصال آزمونهای غیرمخرب بازرسی چشمی و رادیوگرافی و همچنین آزمونهای مخرب کشش، خمش، سختی سنجی و متالوگرافی بر روی نمونه جوشکاری شده انجام شد. آزمونهای غیرمخرب بی عیب بودن نمونه جوشکاری شده با پارامترهای بهینه را تایید کردند. نتایج آزمون کشش نشان داد که راندمان اتصال بسیار چشمگیر و در حدود 80 % بدست آمده است. علاوه بر استحکام کششی مطلوب، کرنش شکست نمونه جوشکاری شده در مقایسه با کرنش شکست فلز پایه رشد 80 % داشته است. لذا، توسعه و بهرهبرداری از این روش امکان رشد پتانسیل برای گسترش روشی ارزان قیمت، تکنیکی حالت جامد و قابل اعتماد، و امکانپذیری طراحی تجهیزاتی ارزان برای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به صورت متحرک را فراهم میآورد.
The friction stir welding is a suitable substitute for gas metal arc welding for joining aluminum alloys in aerospace and shipbuilding industries. Recently a new friction stir welding method named floating bobbin tool friction stir welding has been introduced, that enables the implementation of this process with almost zero vertical force. Another advantage of this technique is the simultaneous double sided welding and the symmetry of the stirred region along the thickness. This paper focuses on the use of double sided friction stir welding technology with a floating bobbin tool for joining pure commercial aluminum. The tool used in this process was made from hot working steel with a hardness of 52 HRC. This tool has two shoulders and a threaded cylindrical pin. After performing the welding process, in order to assess the quality of the connection, non-destructive tests of visual inspection, radiography, as well as destructive tests of tensile, bending, hardness and metallography performed on a welded sample. Non-destructive tests confirmed the perfection of a welded sample with optimal parameters. The results of the tensile test showed that the connection efficiency was very significant and reached about 80%. In addition, the fracture strain of the welded sample was 80% higher than that of the base metal. Accordingly, the development and exploitation of this method provides the potential for the development of a low cost, solid state and reliable technology, and the feasibility of designing inexpensive equipment for mobile friction stir welding.
https://www.iranjme.ir/article_108412_75795d45185dbcde06cdee66bb153a1a.pdf
آلومینیم خالص تجاری
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی
اتصال دو طرفه
ابزار بوبین
خواص مکانیکی
CP- aluminum
Friction Stir Welding
double sided joining
Bobbin Tool
Mechanical properties
per
انجمن مهندسی ساخت و تولید ایران
مهندسی ساخت و تولید ایران
2476-504X
2020-05-21
7
3
63
71
108413
Original Article
تحلیل عددی و تجربی تاثیر پارامترهای فرآیند جوشکاری لیزری بر هندسه حوضچه جوش
Numerical and experimental analysis of laser welding process parameters on weld bead geometry
یونس جاوید
javid@khu.ac.ir
1
دانشکده فنی مهندسی - دانشگاه خوارزمی - تهران - ایران
در این پژوهش مدل اجزای محدود برای شبیه سازی جوشکاری لیزر CO2 بکار گرفته شد. برای این منظور از نرم افزار آباکوس در تحلیل های انتقال حرارت گذرا استفاده شد. ماده بکار برده شده در این تحقیق عبارت از فولاد ضدزنگ 304 AISI است که خواص حرارتی و مکانیکی آن بصورت وابسته به دما به مدل اعمال شد. در این پژوهش ابتدا مدل سه بعدی غیرخطی برای محاسبه توزیع حرارت در ناحیه ی جوشکاری و پیشگویی اندازه ی سوراخ کلید و شکل حوضچه ی جوش ارائه شد. بعد از انجام تحلیل حرارتی، مدل اجزای محدود با انجام آزمایش های تجربی صحه گذاری شد. پس از تأیید مدل، اثرات پارامترهای مختلف جوشکاری لیزر بر روی توزیع حرارت حاصل از جوشکاری بررسی شد. همچنین، تغییرات دما بر روی خط مرکزی جوش و در فواصل مشخص از خط مرکزی جوش در طول گرم و خنک شدن قطعه در طی فرآیند جوشکاری لیزری بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که برای قدرت لیزر از 50 تا 300 وات، جوشکاری از نوع هدایتی بوده و به طبع آن، عمق نفوذ کمتر از 2/0 میلی متر و شکل حوضچه جوش شبیه کره است. در حوالی توان 350 ولت، بدلیل چگالی توان بالا، جوشکاری از نوع نفوذی-هدایتی می شود که باعث افزایش حدود 4 برابری عمق نفوذ در بازه توان 350 تا 450 وات می شود. برای توان های بالاتر از 500 وات، روند افزایش عمق نفوذ کاهشی می شود.
A finite element model has been developed to simulate the laser beam welding (LBW) process, which enjoys the capabilities of ABAQUS in transient thermal analysis. The substance used in this research was AISI 304 which thermal and mechanical properties are introduced to the model as temperature dependent. At first, a non-linear three-dimensional transient thermal model is developed, which calculates the temperature distribution in the local weld area and predicts the keyhole and weld bead size and shape. After the thermal analysis, the FE model is verified through the experimental work. After validation of the model, the effect of laser welding parameters on thermal distribution has been studied. Also, temperature variation on the weld line and on some points of distinct distances from the weld line during the heating and cooling procedure of the laser welding process has been examined. Results indicate that the major laser welding parameters affecting the weld bead geometry are laser power and velocity which have direct and reverse effect on the weld bead geometry, respectively. Also, among the material properties, conductivity is the dominant parameter, affecting the result of simulation.
https://www.iranjme.ir/article_108413_6cd51d598c5d99d345ddff10ee3acf08.pdf
جوشکاری لیزر
شبیه سازی
اجزای محدود
ابعاد حوضچه جوش
Laser Welding
Simulation
Finite Element
Weld bead geometry