پایان نامه ارشد بررسی و بهبود اندازه لبه چرخ الکترود در جوشکاری مقاومتی نواری پیوسته

چکیده

پارامترهای بسیاری در فرآیند جوشکاری مقاومتی نواری وجود دارند که بر کیفیت محصول تولیدی تاثیر می گذارند. کیفیت جوش نواری قطعه تولیدی را می توان با انجام آزمون هایی مانند بازرسی چشمی، آزمون پیل، آزمون چسبندگی، آزمون ماکروگرافی و آزمون میکروسختی سنجی ویکرز آزمایش و بررسی نموده و در صورت نیاز با تنظیم مجدد پارامترهای جوشکاری آن را بهینه نمود تا میزان ضایعات تولید کاهش یابد. اندازه پهنای لبه چرخ الکترود یک پارامتر مهم در این فرآیند است که مقدار آن در استاندارد BS و تحقیقات انجام گرفته توسط جانوتا تعیین شده است.

در این تحقیق، تاثیر اندازه های مختلف پهنای لبه چرخ الکترود بر روی کیفیت جوش مقاومتی نواری با ثابت نگه داشتن پارامترهای زمان جوش، نرخ جریان الکتریکی، سرعت جوش، نیروی فشاری، جنس و ضخامت قطعه کار و سیستم خنک کاری مورد بررسی قرار گرفته است. برای این بررسی از روش جدید آزمون چسبندگی که رفتار جوش را بسیار واضح بیان می کند، استفاده شده است. این تست، به دو روش آزمون تجربی و شبیه سازی به وسیله المان محدود (با استفاده از نرم افزار CATIA) انجام شده است. یافته های آزمون های تجربی و شبیه سازی المان محدود نشان می دهد که مقادیر اندازه پهنای لبه چرخ الکترود، طبق فرمول BS و تحقیق جانوتا محافظه کارانه است و می توان اندازه پهنای لبه چرخ الکترود را بدون تاثیر بر کیفیت جوش مقاومتی نواری کاهش داد.

خلاصه فصل ها

در فصل دوم به مبانی نظری فرآیند جوش مقاومتی نواری و پارامترهای تاثیرگذار در این فرآیند پرداخته شده تا در نهایت با مروری بر پیشینه تحقیقات منتشر شده به تعریف مساله و محدوده مطالعه پرداخته شود.

در فصل سوم، آزمون های تجربی و استانداردها و روش انجام آنها و همچنین شبیه سازی المان محدود آزمون چسبندگی بیان شده است.

در فصل چهارم به بررسی و تحلیل یافته های تجربی که از آزمون های تجربی و یافته های المان محدود که از خروجی نرم افزار CATIA استخراج می شوند، پرداخته شده است.

در فصل پنجم، خلاصه ای از نتایج تحقیق و نوآوری ها به همراه پیشنهادهایی برای بررسی و تحقیقات بعدی بیان شده است و در فصل ششم، مراجع تحقیق ارائه شده است

تعریف مساله و هدف تحقیق

رقابت شدید میان تولید کنندگان خودرو در سطح جهان باعث شده است که مدیران این شرکت ها به دنبال پایین آوردن هزینه های تولید باشند. تولید قطعات معیوب یکی از مسائل مهم در تولید می باشد که باعث به هدر رفتن منابع سازمان (زمان و هزینه) می شود. گر چه برخی از تولید کنندگان، تولید قطعات معیوب را امری اجتناب ناپذیر می دانند، ولی همواره باید سعی نمود تا میزان تولید قطعات معیوب کاهش یابد و یا به صفر برسد. برای رسیدن به این مقصود شناخت کامل فرآیند تولید قطعات، شناخت عوامل تاثیرگذار در کیفیت و در نهایت انجام آزمون های متنوع کیفیت ضروری می باشد. فرآیند جوشکاری مقاومتی نواری کاربرد گسترده ای در صنعت مانند تولید باک موتورسیکلت، تولید مخازن تحت فشار، رادیاتورها و صنایع نظامی دارد. متاسفانه در این زمینه منابع علمی محدودی به زبان فارسی در کشور ما وجود دارد و حتی منابع انگلیسی مختلف نیز نواقصی دارند.

قطعاتی که به روش جوشکاری مقاومتی نواری به یکدیگر اتصال می یابند باید جوشی آببند داشته باشند. برخی مواقع علاوه بر استحکام مکانیکی جوش، کیفیت سطح ورق در ناحیه جوشکاری نیز مهم می باشد. در این فرآیند پارامترهای بسیاری از جمله سرعت جوشکاری، جریان الکتریکی، نیروی فشاری، شکل چرخ الکترود، نحوه خنک کاری دستگاه و قطعه کار و غیره بر کیفیت محصول تاثیر می گذارند. کیفیت جوش نواری قطعه تولیدی را می توان با انجام چند آزمون مانند بازرسی چشمی، آزمون پیل، آزمون چسبندگی، آزمون ماکروگرافی و آزمون میکروسختی سنجی ویکرزآزمایش و بررسی نموده و در صورت نیاز با تنظیم مجدد پارامترهای جوشکاری آن را بهینه نمود تا میزان ضایعات کاهش یابد. شکل چرخ الکترود یکی از پارامترهای مهم در این فرآیند است و محدودیت منابع علمی در زمینه آن وجود دارد. در این تحقیق پارامترهای سرعت جوشکاری، جریان الکتریکی

فرمت فایل word

تعداد صفحات 119

فهرست مطالب

فصل 1: مقدمه

1-1 تعریف مساله و هدف تحقیق.. 2

1-2 خلاصه فصل ها 3

فصل 2: نظری و پیشینه تحقیق.

2-1 مقدمه. 5

2-2 جوشکاری مقاومتی نواری.. 5

2-3 روش های جوشکاری مقاومتی نواری.. 8

2-4 معرفی پارامترهای جوشکاری مقاومتی نواری.. 11

2-4-1 مقاومت الکتریکی.. 12

2-4-1-1 اثر شنت یا توازی.. 13

2-4-2 زمان جوش... 14

2-4-3 جریان جوش... 20

2-5 چرخ الکترود. 23

2-5-1 پهنای لبه و قطر چرخ الکترود. 24

2-6 رشد دکمه جوش در جوش مقاومتی نواری پیوسته. 28

2-8 دستگاه جوش مقاومتی نواری.. 33

2-8-1 سری الکترود یا گان.. 35

2-8-2 مراحل کار دستگاه جوش مقاومتی نواری.. 37

2-8-3 روش های چرخاندن چرخ های الکترود. 39

2-8-3-1 چرخاندن به روش غلتک آجدار یا اصطکاکی.. 39

2-8-3-2 چرخاندن به روش چرخ دنده ای.. 40

2-8-4 خنک کاری در دستگاه جوش مقاومتی نواری.. 40

2-8-4-1 خنک کاری سیکل بسته. 41

2-8-4-2 خنک کاری سیکل باز. 41

2-9 مزایای جوشکاری مقاومتی نواری.. 42

2-10 محدودیت های جوشکاری مقاومتی نواری.. 43

2-11 پیشینه تحقیق.. 43

2-11-1 پیشینه تحقیق به روش تجربی- تحلیلی.. 43

2-11-2 پیشینه تحقیق به روش المان محدود. 53

2-12 نتیجه گیری و محدوده مورد مطالعه. 59

فصل 3: روش تجربی و المان محدود تحقیق

3-1 مقدمه. 65

3-2 مفروضات آزمون های تجربی.. 66

3-3 آزمون ها و استانداردها 67

3-3-1 بازرسی چشمی جوش نواری.. 68

3-3-2 آزمون پیل.. 68

3-3-2-2- ابزار آزمون پیل.. 70

3-3-2-3 انجام آزمون پیل.. 70

3-3-3- آزمون میکروسختی سنجی ویکرز. 72

3-3-4 آزمون ماکروگرافی.. 72

3-3-4-1 نمونه سازی و انجام آزمون ماکروگرافی.. 73

3-3-5 آزمون چسبندگی.. 73

3-3-5-1 نمونه سازی و انجام آزمون چسبندگی.. 74

3-3-6 شبیه سازی آزمون چسبندگی به روش المان محدود. 75

3-3-6-1 مدلسازی 3 بعدی.. 76

3-3-6-2 مش بندی.. 78

3-3-6-3 اعمال شرایط مرزی و حل مساله. 80

فصل 4: بررسی یافته ها

4-1 مقدمه. 83

4-2 یافته های بازرسی چشمی جوش... 83

4-3 یافته های آزمون پیل.. 87

4-4 یافته های آزمون میکروسختی سنجی ویکرز. 89

4-5 یافته های آزمون ماکروگرافی.. 92

4-6 یافته های آزمون چسبندگی.. 95

4-7 یافته های شبیه سازی آزمون چسبندگی به روش المان محدود. 98

4-8 جمع بندی یافته ها 99

فصل 5: نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات

5-1 نتیجه گیری.. 103

5-2 نوآوری تحقیق.. 104

5-3 پیشنهادها 104

مراجع.. 106

پایان نامه ارشد بهینه سازی میل لنگ موتور تک سیلندر چهار زمانه با توجه به بارگذاری دینامیکی

بهینه سازی میل لنگ موتور تک سیلندر چهار زمانه با توجه به بارگذاری دینامیکی به منظور بهبود عمر خستگی و کاهش وزن میل لنگ

چکیده

اهداف اصلی انجام این تحقیق کاهش وزن و هزینه های تولید و نیز بهبود استحکام میل لنگ فولاد آهنگری است. برای کاهش این هزینه ها و انجام تحقیقی دقیق و کاربردی از تحلیل المان محدود، آنالیز بارگذاری دینامیکی، آنالیز المان محدود تنش و بهینه سازی استفاده کرده ایم.

شبیه سازی دینامیکی بر روی هر دو میل لنگ چدنی و فولاد آهنگری یک موتور تک سیلندر چهارزمانه انجام گرفت. جهت تعیین تغییرات تنش نقاط بحرانی از آنالیز المان محدود استفاده شد. همچنین آنالیز به صورت تحلیلی انجام شده و نتایج توسط شبیه سازی در نرم افزار آدامز مورد تایید قرار گرفت. نتایج نشانگر اعمال بار گسترده به یاتاقان پین میل لنگ است. به منظور اعمال این بار به مدل المان محدود از نرم افزار آباکوس استفاده و شرایط مرزی با توجه به شرایط عملیاتی موتور تعیین شد. آنالیز در سرعت های مختلف موتور انجام گرفت.

آنالیز فوق در بهینه سازی میل لنگ فولاد آهنگری استفاده شد. محدودیت های مختلف در بحث بهینه سازی از جمله بهینه سازی هندسی، فولاد جایگزین، اصلاح فرآیند تولید، امکان سنجی فنی و برآورد هزینه های تولید مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از فولادهای میکروآلیاژی علاوه بر کاهش 18% وزن میل لنگ، افزایش استحکام خستگی و کاهش هزینه های تولید میل لنگ بدون تغییر هندسه شاتون و یا بلوک موتور مشاهده شد. کاهش وزن میل لنگ تا 26% با تغییرات جزئی یاتاقان اصلی و بلوک موتور میسر شد.

واژگان کلیدی: میل لنگ، بهینه سازی، عمر خستگی، باردینامیکی، آنالیز تنش، مدل المان محدود، بار دینامیکی، فولاد میکروآلیاژی، تنش پسماند فشاری

مقدمه
میل لنگ از اجزای پیچیده داخل موتور است که جابجایی لغزشی پیستون را به حرکت دورانی تبدیل می کند. از آنجا که میل لنگ تعداد سیکل های زیادی را در طول عمر خود تجربه می کند، عملکرد خستگی و استحکام این قطعه بسیار حائز اهمیت است. پس از انجام آنالیز و تعیین مقدار و محل اعمال بارهای بحرانی، تنش های بدست آمده با توجه به بارگذاری دینامیکی و اصل برهم نهی بر میل لنگ اعمال می گردد. در این فصل برای ایجاد پایه مستحکمی در انجام این تحقیق، ابتدا عملکرد میل لنگ در موتور های احتراق داخلی به طور خلاصه مورد بررسی قرار می گیرد. سپس به بررسی مواد و فرآیند های تولید میل لنگ شامل فرآیندهای آهنگری و ریخته گری می پردازیم. در قسمت بعدی شرایط عملیاتی و شکست میل لنگ را بررسی می نماییم و در نهایت موضوع تحقیق پایان نامه، انگیزه، هدف و روند انجام تحقیق بطور خلاصه ارائه می شود

عملکرد میل لنگ در موتورهای احتراق داخلی
میل لنگ به همراه شاتون و پیستون تشکیل یک مکانیزم چهار لینکی را می دهند که حرکت لغزشی پیستون را به یک حرکت دورانی تبدیل می کند. ورودی دستگاه های متصل به میل لنگ دورانی است، اصولا ماموریت یک موتور احتراق داخلی تولید خروجی دورانی از حرکت جابجایی پیستون می باشد. علاوه بر این، جابجایی خطی پیستون بدلیل داشتن شوک ناشی از احتراق گاز داخل محفظه احتراق، ورودی مناسبی برای سیستم های خودرو نیست و امکان آسیب رسانی به آنها وجود دارد. دلیل اصلی استفاده از فلایویل بهمراه دمپر، تبدیل این شوک ناگهانی به خروجی دورانی مناسب جهت استفاده در دستگاه های دوار همانند ژنراتور، پمپ ها و کمپرسورها می باشد.

مقدمه

میل لنگ از اجزای پیچیده داخل موتور است که جابجایی لغزشی پیستون را به حرکت دورانی تبدیل می کند. از آنجا که میل لنگ تعداد سیکل های زیادی را در طول عمر خود تجربه می کند، عملکرد خستگی و استحکام این قطعه بسیار حائز اهمیت است. پس از انجام آنالیز و تعیین مقدار و محل اعمال بارهای بحرانی، تنش های بدست آمده با توجه به بارگذاری دینامیکی و اصل برهم نهی بر میل لنگ اعمال می گردد. در این فصل برای ایجاد پایه مستحکمی در انجام این تحقیق، ابتدا عملکرد میل لنگ در موتور های احتراق داخلی به طور خلاصه مورد بررسی قرار می گیرد. سپس به بررسی مواد و فرآیند های تولید میل لنگ شامل فرآیندهای آهنگری و ریخته گری می پردازیم. در قسمت بعدی شرایط عملیاتی و شکست میل لنگ را بررسی می نماییم و در نهایت موضوع تحقیق پایان نامه، انگیزه، هدف و روند انجام تحقیق بطور خلاصه ارائه می شود.

فرمت فایل pdf

تعداد صفحات 168

فهرست مطالب

1- فصل 1: مبانی علمی طراحی میل لنگ و بیان موضوع تحقیق

1-1 مقدمه

1-2 مواد و فرآیندهای تولید میل لنگ

1-3 شرایط شکست میل لنگ

1-4 تعریف مسئله

1-5 انگیزه و هدف از انجام این تحقیق

1-6 تشریح روند تحقیق

2 فصل 2: بررسی ادبیات موضوع طراحی و بهینه سازی میل لنگ

2-1 اندازه گیری بارهای دینامیکی میل لنگ

2-2 مدل سازی المان محدود میل لنگ

2-3 بهینه سازی میل لنگ با تغییرات هندسی، مواد جایگزین و اصلاح فرآیند تولید

2-4 بهینه سازی هندسی

2-5 القای تنش پسماند توسط ساچمه زنی

2-6 القای تنش پسماند توسط نورد فیلیت

2-7 نیتریدی کردن نواحی فیلیت میل لنگ جهت بهبود حد خستگی

2-8 بهینه سازی مواد و هزینه های تولید

3 فصل 3: آنالیز و محاسبه بار دینامیکی میل لنگ

3-1 روش تحلیل برداری

3-2 برآورد صحت نتایج روش تحلیل

3-3 آنالیز دینامیکی میل لنگ واقعی

3-4 آنالیز المان محدود به همراه بارهای دینامیکی

4 فصل 4: آنالیز المان محدود تنش میان لنگ

4-1 مدل سازی المان محدود میل لنگ

4-2 نتایج آنالیز المان محدود و مباحث مربوط به آن

4-3 تعیین موقعیت های بحرانی میل لنگ

4-4 تعیین سرعت بحرانی موتور

4-5 تاثیر بار پیچشی بر تنش بحرانی

4-6 صحت نتایج آنالیز المان محدود در مقایسه با نتایج کرنش سنج ها

4-7 تعیین و محاسبه عمر خستگی

5 فصل 5: بهینه سازی هندسی، مواد و هزینه های تولید

5-1 تعریف مسئله بهینه سازی

5-2 تابع هدف بهینه سازی

5-3 محدودیت های بهینه سازی

5-4 متغیرهای طراحی میل لنگ

5-5 آنالیز مراحل بهینه سازی و بحث در مورد آن

5-6 مرحله I: عدم ایجاد تغییر در بلوک و ابعاد شاتون موتور

5-7 مرحله II: تغییرات محدود در شاتون، یاتاقان یا بلوک موتور

5-8 آنالیز هزینه تولید میل لنگ

6 فصل 6: خلاصه و نتیجه گیری

منابع