نرم افزار Deform

 

 

نرم افزار Deform یک نرم افزار المان محدود می باشد. این نرم افزار به صورت گسترده ای در علم شکل دهی فلزات مورد استفاده قرار می گیرد. این نرم افزار دارای یک کتابخانه قوی از مواد مختلف می باشد که خواص آن ها به صورت کامل تعریف شده است. این نرم افزار همچنین به خوبی می تواند در مسائل عملیات حرارتی و مسائلی از شکل دهی که در آن ها تاثیرات حرارتی وجود دارد، مورد استفاده قرار گیرد. این نرم افزار می تواند تغییرشکل های شدید ماده را به خوبی تحلیل کند. همچنین دارای محیط مخصوص شبیه سازی تغییرات ریزساختار ماده نیز می باشد. این محیط می تواند تغییرات ریزساختار ماده را در حین فرآیند مورد بررسی قرار دهد.

از نرم افزار Deform در شبیه سازی های زیر به صورت گسترده استفاده می شود:

  • شبیه سازی فرآیندهای شکل دهی در حالت سرد و گرم
  • شبیه سازی عملیات حرارتی
  • شبیه سازی ریزساختار ماده و بررسی تغییرات آن در حین فرآیند
  • امکان شبیه سازی فرآیندهای تراشکاری و فرآیندهایی که در آن ها برش فلز اتفاق می افتد.
  • امکان محاسبات دقیق عمر ابزار و سایش آن
  • امکان بررسی معیارهای آسیب به قطعه در حین فرآیند و بررسی امکان شکل گیری ترک در حین فرآیند
  • نرم افزار Deform

    نرم افزار Deform

    نرم افزار Deform

دستگاه Selective Laser Sintering

 

دستگاه پرینتر سه بعدی نوع SLS  یک تکنیک تولید افزودنی (AM) است که از لیزر به عنوان منبع انرژی برای زینتر کردن پودر ماده (به طور معمول نایلون یا پلی آمید) استفاده می کند ، و  به کمک لیزر  به طور خودکار در نقاطی از فضای تعریف شده توسط یک مدل سه بعدی ، با اتصال ماده به یکدیگر ایجاد یک ساختار جامد به شکل قطعه نهایی را سبب می شود. همچنین بر روی استحکام قطعات حاصله از این روش تحقیقات گوناگونی صورت گرفته است و می توان قطعات پرکاربردی را در صنعت با این روش تولید کرد.

این روش مشابه روش Selective Laser Melting است و هر دو از یک مفهوم یکسان هستند اما در جزئیات فنی تفاوت دارند.  در SLM ماده کاملاً ذوب می شود و نه زینتر (در روش SLS ماده زینتر می شود) و به این ترتیب خصوصیات مختلفی (ساختار کریستالی ، تخلخل و غیره) ارائه می شود. SLS (و همچنین سایر تکنیک های یاد شده AM) یک فناوری نسبتاً جدید است که تاکنون عمدتاً برای نمونه سازی سریع و برای تولید کم حجم قطعات کاملاً مورد استفاده قرار گرفته است. با پیشرفت تجاری در فن آوری AM ، نقش تولید در حال گسترش است. برای ساخت قطعات با دستگاه پرینتر سه بعدی نوع SLSاز نرم افزارهای گروه ساخت به کمک کامپیوتر کمک گرفته می شود.

دستگاه پرینتر سه بعدی نوع SLS 

دستگاه  پرینتر سه بعدی نوع FDM

 

دستگاه پرینتر سه بعدی

دستگاه پرینتر سه بعدی نوع  FDM ، رشته ای از مواد (در این حالت: گرمانرم) در لایه ها قرار می گیرند تا یک شیء چاپی سه بعدی ایجاد شود. در حین چاپ ، رشته پلاستیک از طریق اکسترودر داغ تغذیه می شود که در آن پلاستیک به اندازه کافی نرم می شود که می توان آنرا دقیقاً توسط سر چاپ قرار داد.

رشته فیلامنت از طریق یک دستگاه اکسترودر در حال حرکت و گرم شده از یک سیم پیچ بزرگ تغذیه می شود و روی کار رو به رشد قرار می گیرد. سر چاپ برای تعیین شکل چاپی تحت کنترل کامپیوتر منتقل می شود. معمولاً سر در دو بعد حرکت می کند تا یک صفحه افقی یا لایه را در یک زمان رسوب کند. سپس کار یا سر چاپ با مقدار کمی عمودی به حرکت در می آید تا یک لایه جدید شروع شود. سرعت سر اکسترودر نیز ممکن است کنترل شود تا متوقف شود رسوب شروع شود.

در دپارتمان ساخت از این روش برای تولید قطعات پلیمری، هم اکنون استفاده می شود. این روش قادر است، قطعات با استحکام های مختلف، مطابق با نظر کاربر را بسازد. همچنین گستره وسیعی از موادی که می توانند به عنوان ماده اولیه در نقش فیلامنت ظاهر شوند، موضوع بسیار مهمی در کاربرد گسترده این دستگاه در صنعت می باشد.

 

پروژه روش نوین اکستروژن معکوس در سال 2014، به صورت عمومی در ژورنال Materials and Design به چاپ رسید. این روش توسط آقایان وحید شاطرمشهدی، بابک منافی زیر نشر اساتید گرامی آقای دکتر ابری نیا و فرجی صورت پذیرفت. در ادامه به بررسی بیشتر پژوهش صورت گرفته پرداخته می شود.

اصول روش نوین

در این روش چنانچه در شکل زیر نشان داده شده است، یک سنبه ثابت در بالای قالب وجود دارد که سبب می شود تا قطر بیلت اولیه نسبت به قطر محصول نهایی در روش اکستروژن معکوس سنتی کاهش چشمگیری پیدا کند. چنانچه در شکل دیده می شود، ماده در قالب جریان پیدا می کند و محصول نهایی شکل می گیرد.

شکل شماتیک روش نوین اکستروژن معکوس

شکل شماتیک روش نوین اکستروژن معکوس

علاوه بر اینکه ماده دچار تغییر شکل شدید می شود و قطعا خواص ماده بهبود می یابد، نیروی فرآیند به صورت چشمگیری کاهش می یابد. در شکل زیر، اجزای قالب نشان داده شده است.

قالب روش نوین اکستروژن معکوس

قالب روش نوین اکستروژن معکوس

در شکل زیر بیلت اولیه که از جنس سرب می باشد و قطعه تولیدی نهایی نشان داده شده است. لازم به ذکر است که برای تست اولیه از ماده سرب استفاده گردید.

قطعه تولیدی به روش نوین اکستروژن معکوس

قطعه تولیدی به روش نوین اکستروژن معکوس

روش ذکر شده، مورد شبیه سازی المان محدود قرار گرفت و نشان داده شد که مقدار کرنش وارده به ماده در مقایسه با روش معمولی بسیار بیشتر می باشد. این خود نشان می دهد که در این روش تغییرشکل پلاستیک شدید رخ می دهد.

نمودار نیروی فرایند روش نوین اکستروژن معکوس

نمودار نیروی فرایند روش نوین اکستروژن معکوس

در نمودار بالا مشاهده می شود که مقدار کرنش وارده به ماده تا حدود 4.5 می رسد. همچنین نمودار آبی رنگ، کرنش در فرآیند اکستروژن معکوس سنتی را نشان می دهد.

در جدول زیر مشاهده می شود که مقدار نیروی شکلدهی در روش سنتی در حدود 4 برابر روش نوین  می باشد.

بنابراین می توان اشاره کرد که این روش نوین، مقدار کرنش پلاستیک بالایی را به ماده اعمال می کند در حالی که نیروی فرآیند را به شکل قابل توجهی کاهش می دهد.

در سال 2015، آقایان بابک منافی، وحید شاطرمشهدی زیر نظر اساتید راهنما آقایان دکتر ابری نیا و دکتر فرجی، نتایج کار بر روی روش اکستروژن معکوس هیدرواستاتیکی در مجله The International Journal of Advanced Manufacturing Technology به چاپ رسانیدند و در سال 2016 در کشور آمریکا ثبت اختراع شد. مقاله و ژورنال در زیر قابل مشاهده است:

مقاله

ثبت اختراع

اصول روش

اکستروژن معکوس هیدرواستاتیکی، روشی بر مبنای روش اکستروژن معکوس نوین می باشد که در قسمت های زیر می توان اصول این روش و پروژه انجام شده توسط مرکز را مشاهده کرد.

در شکل زیر، شکل شماتیک فرآیند نشان داده شده است.

شکل شماتیک فرآیند اکستروژن معکوس هیدرواستاتیکی

شکل شماتیک فرآیند اکستروژن معکوس هیدرواستاتیکی

چنانچه مشاهده می شود، در این روش، سیال بیلت را در حین شکلدهی احاطه کرده است و ماده تحت فشار هیدرواستاتیکی در داخل مخزن جریان پیدا می کند. وجود فشار هیدرواستاتیکی سبب شده است تا به گونه ای این روش جدید، تلفیقی از مزایای روش اکستروژن هیدرواستاتیکی و اکستروژن معکوس نوین باشد.

اجزای قالب فرآیند اکستروژن معکوس هیدرواستاتیکی

اجزای قالب فرآیند اکستروژن معکوس هیدرواستاتیکی

در شکل بالا اجزای قالب مشاهده می شود. به عبارتی سنبه ثابت دارای یک محفظه است که در داخل آن بیلت و سیال قرار داده می شود. سنبه متحرک بر روغن فشار وارد کرده و در اثر فشار هیدرواستاتیک، بیلت در داخل قالب پایینی شکل می گیرد.

قطعه تولیدی

قطعه تولیدی

در بالا بیلت اولیه (a) که از جنس سرب بود و قطعه نهایی (b) نشان داده شده است. یکی از مزایای ویژه روش نوین این است که شکلدهی در ماده به صورت همگن رخ می دهد. در شکل زیر قطعه حاصل از روش اکستروژن معکوس نوین (b) و روش اکستروژن معکوس هیدرواستاتیکی (a) نشان داده شده است.

مقایسه قطعه تولیدی به روش اکستروژن معکوس نوین (b) و روش اکستروژن معکوس هیدرواستاتیکی (a)

مقایسه قطعه تولیدی به روش اکستروژن معکوس نوین (b) و روش اکستروژن معکوس هیدرواستاتیکی (a)

مشاهده می شود که قطعه تولیدی با روش نوین نیازی به مراحل بعدی از قبیل برش قسمت زائد ابتدای لوله ندارد مانند آنچه در قطعه تولیدی به روش اکستروژن معکوس نوین رخ داده است. در شکل زیر نمودار تغییرات کرنش قطعه در برابر فاصله در راستای ضخامت نشان داده شده است. مشاهده می شود که روش نوین کرنش بالاتری را در کنار دیگر مزایا به ماده اعمال می کند.

در شکل زیر نمودار تغییرات کرنش در راستای طولی قطعه مقایسه شده است که نشان داده شده است که این روش نوین کرنش بالاتری را در مقایسه با دیگر روش ها به ماده اعمال می کند.

در جدول زیر نیروی شکلدهی برای هر فرآیند نشان داده شده است. مشاهده می شود که نیروی شکلدهی برای این فرآیند حتی از فرآیند اکستروژن معکوس نوین کمتر می باشد.

جدول نیروی شکلدهی

جدول نیروی شکلدهی

 

لازم به ذکر است که در این پروژه از طراحی و مهندسی به کمک کامپیوتر کمک گرفته شده است.

فرآیند پرسکاری در کانال های هم مقطع زاویه دار به روش اصطکاکی اغتشاشی برای اولین بار در سال 2016 توسط آقایان بابک منافی و مهدی سعیدی ارائه گردید. برای دیدن این مقاله اینجا را کلیک نمایید. در این پروژه از مهندسی به کمک کامپیوتر استفاده گردیده است.

 

شرح روش:

در این روش نوین، فرآیند پرسکاری در کانال های هم مقطع زاویه دار به شیوه معمول انجام می شود با این تفاوت که بیلت اولیه توسط اتصالی به پانچ متصل شده است و پانچ دارای حرکت دورانی در حین پرسکاری می باشد.

فرآیند پرسکاری کانال های هم مقطع زاویه دار به روش اصطکاکی اغتشاشی

فرآیند پرسکاری کانال های هم مقطع زاویه دار به روش اصطکاکی اغتشاشی

در شکل بالا اصول فرآیند نشان داده شده است. این فرآیند نوین، مقدار کرنش بالایی را به ماده در حین پروسه وارد می نماید که می تواند خواص مکانیکی ماده را به شدت تحت تاثیر قرار دهد. در شکل زیر کانتور سرعت بین فرآیند ساده (a) و فرآیند نوین (b) نشان داده شده است.

کانتور سرعت

کانتور سرعت

مشاهده می شود که ماده به صورت دورانی در حال حرکت می باشد که نوع جریان ماده در هنگام فرآیند به صورت مارپیچی می باشد.

خوبی فرآیند نوین این می باشد که مانند روش سنتی ECAP،این روش می تواند در چند پاس انجام شود و ماده فرآوری شود. در زیر کانتور کرنش وارده شده بر ماده در حالت های فرآیند سنتی (a)، فرآیند نوین-یک پاس (b)، فرآیند نوین-دو پاس (c) نشان داده شده است.

کانتور کرنش

کانتور کرنش

مشاهده می شود که تا مقدار کرنش 30 به ماده در حین فرآیند وارد می شود که می تواند خواص مکانیکی ماده را بهبود دهد.

این فرآیند توسط نرم افزار Deform مدلسازی شده است.

در سال 2017، بر روی اکستروژن مستقیم مقاطع با زاویه متغیر، پروژه ای به صورت جامع انجام گردید که نتایج تحقیق در اینجا منتشر شده است. در این پروژه از مهندسی به کمک کامپیوتر استفاده گردیده است.

شکل قطعه نهایی در شکل زیر نشان داده شده است.

قطعه نهایی تولیدی به روش اکستروژن مستقیم مقاطع با زاویه متغیر

ابعاد قطعه نهایی تولیدی به روش اکستروژن مستقیم مقاطع با زاویه متغیر

مشاهده می شود که مقطع از یک مثلث در ابتدا به یک مربع در انتها تغییر می کند. برای تولید چنین مقطعی باید بتوان دهانه خروجی قالب را به صورت متغیر تغییر داد.

قالب و مکانیزم آن

قالب و مکانیزم آن

در شکل بالا مشاهده می شود که چگونه با مکانیزمی دهانه خروجی قالب تغییر داده می شود و دریچه خروجی قالب از شکل مثلث در ابتدا به شکل مربع در انتها می رسد که در انتها دهانه قالب به صورت کامل باز شده است. شکل قطعه نهایی تولیدی در زیر نشان داده شده است.

قطعه نهایی تولیدی به روش اکستروژن مستقیم مقاطع با زاویه متغیر

قطعه نهایی تولیدی به روش اکستروژن مستقیم مقاطع با زاویه متغیر

در ادامه آنالیز المان محدود نیز صورت گرفته است و سه ناحیه بر روی قطعه مورد بررسی قرار گرفته است. ناحیه شماره 1، ناحیه حساسی در شکلدهی می باشد که مقدار ماکسیمم کرنش در این قسمت می بایست کنترل شود تا از ایجاد ترک بر روی قطعه و معیوب شدن قطعه جلوگیری شود.

آنالیز المان محدود

آنالیز المان محدود

فرآیند در سرعت های شکلدهی مختلف مورد بررسی قرار گرفت و نیروی فرآیند بررسی گردید. با افزایش سرعت اکستروژن مقدار ماکسیمم نیروی شکلدهی افزایش پیدا می کند در این فرآیند، البته باید در نظر گرفت که مقدار ماکسیمم نیروی شکلدهی در نزدیک به میانه فرآیند رخ می دهد.

نمودار تغییرات نیرو بر حسب سرعت اکستروژن

نمودار تغییرات نیرو بر حسب سرعت اکستروژن

 

مقدار ماکسیمم نیروی عملی شکلدهی در فرآیند اکستروژن مستقیم مقاطع با زاویه متغیر در حدود 88 کیلو نیوتن بوده است.

 

محیط نرم افزار Solid Works

 

محیط نرم افزار solid works

محیط نرم افزار solid works

SolidWorks یک مدل ساز جامد است و از یک رویکرد مبتنی بر ویژگی پارامتری استفاده می کند. این نرم افزار بر روی هسته Parasolid نوشته شده است.

پارامترها به محدودیت هایی اطلاق می شوند که مقادیر آنها شکل یا هندسه مدل یا مونتاژ را تعیین می کند. پارامترها می توانند به صورت پارامترهای عددی مانند طول خط یا قطر دایره یا پارامترهای هندسی مانند مماس ، موازی ، متحد المرکز ، افقی یا عمودی و غیره باشند. پارامترهای عددی با استفاده از روابط می توانند با یکدیگر در ارتباط باشند.

قصد طراحی (Design Intent) به این صورت است که طراح قطعه می خواهد آن به تغییرات و به روزرسانی ها پاسخ دهد. به عنوان مثال ، شما می خواهید سوراخ در بالای یک قوطی نوشیدنی بدون در نظر گرفتن ارتفاع یا اندازه قوطی در سطح بالا بماند. SolidWorks به کاربر اجازه می دهد تا مشخص کند که این سوراخ یک ویژگی در سطح بالا است ، و بدون در نظر گرفتن چه قدری بعداً به قوطی ، از طراحی آنها احترام می گذارد.

ویژگی ها به بلوک های ساختمانی قسمت مربوط می شود. آنها اشکال و عملیاتی هستند که قسمت را می سازند. ویژگی های مبتنی بر شکل به طور معمول با طرح 2D یا 3D از اشکال مانند  سوراخ ها ، شکافها و غیره شروع می شوند. این شکل برای اضافه کردن یا برش اکسترود می شود تا مواد از قطعه جدا شود. ویژگی های بر اساس عملیاتی مبتنی بر طرح نیستند و شامل ویژگی هایی مانند فیلت، پخ، پوسته ، اعمال پیش نویس در قسمت های یک قسمت و غیره هستند.

ساختن یک مدل در SolidWorks معمولاً با یک طرح 2D (هرچند که طراحی های سه بعدی برای کاربران در دسترس است) شروع می شود. این طرح شامل هندسه هایی از قبیل نقاط ، خطوط ، قوس ها ، مخروط ها (به جز هایپربالا) و منحنی ها است. برای تعیین اندازه و محل هندسه ابعادی به طرح اضافه می شود. از روابط برای تعریف صفاتی مانند مماس بودن ، موازی و عمود استفاده می شود. ماهیت پارامتری SolidWorks بدان معنی است که ابعاد و روابط هندسه را هدایت می کنند ، و نه راه دیگر. ابعاد موجود در طرح را می توان به طور مستقل  ، یا با روابط با پارامترهای دیگر در داخل یا خارج از طرح کنترل کرد.

سرانجام ، نقشه ها را می توان از قطعات یا مجموعه مونتاژی قطعات ایجاد کرد. نماها بطور خودکار از مدل جامد تولید می شوند و در صورت لزوم می توان به راحتی ، یادداشت ها ، ابعاد و قیود را به نقشه اضافه کرد. ماژول رسم شامل اکثر اندازه ها و استانداردهای کاغذ (ANSI ، ISO ، DIN ، GOST ، JIS ، BSI و SAC) است. این نرم افزار به صورت کامل در دپارتمان آموزش مورد تدریس قرار می گیرد.

محیط های نرم افزار CATIA

 

نرم افزار CATIA که به صورت ویژه در زمینه های طراحی، مهندسی و ساخت به کمک کامپیوتر کاربرد دارد. این نرم افزار  شامل محیط های زیر می باشد که در دپارتمان آموزش، مورد تدریس قرار می گیرند.

محیط های نرم افزار کتیا

محیط های نرم افزار کتیا

 

از مجموعه های بالا می توان به محیط های پرکاربرد زیر اشاره کرد:

مجموعه MECHANICAL DESIGN

 

در این محیط کاربر می تواند  طرح را به صورت حجم ، نقشه دو بعدی، مونتاژ قطعات و … در بیاورد.
این مجموعه شامل بیش از 10 محیط کاربردی است که مهم ترین آنها عباراتند از: مدلسازی قطعه و مونتاژ آن، تهیه نقشة 2D از مدل 3D یا رسم نقشة 2D ، ورق کاری، طراحی سازه،تلرانس گذاری،طراحی جوش و طراحی قالب های پلاستیکی و… میباشد.

 

مجموعه Shape

این محیط از ابزارهای بسیار ساده برای ایجاد ، تأیید و اصلاح هر نوع سطحی ، از سطوح آزاد شکل گرفته تا اشکال مکانیکی استفاده می کند. همچنین استفاده از مجموعه نقاط، برای ساختن سطوح و طراحی قالب و قطعات پیچیده از جمله قابلیت های این محیط می باشد.

 

مجموعه Analysis and Simulation

 

این محیط،  توانایی شبیه سازی را در محیط طراحی فراهم می کند.  در این محیط مهندسان می توانند تا تجزیه و تحلیل را مستقیماً بر روی مدل های CATIA خود انجام دهند. از آنجا که انتقال هندسه وجود ندارد ، از یکپارچگی داده ها اجتناب می‌شود و تکرارهای طراحی / آنالیز می توانند به سرعت از قطعات ساده به مجامع پیچیده انجام شوند.

 

مجموعه Machining

 

این محیط، بر تمام مجموعه های اثبات شده صنعت موجود در برنامه های تولید NC فراتر می رود. همچنین آن، راه حل هایی را ارائه می دهد که صنایع تولیدی را قادر به برنامه ریزی ، جزئیات ، شبیه سازی و بهینه سازی فعالیت های ماشینکاری خود برای ساخت محصولات بهتر می کند. قابلیت ساخت مسیر ابزار و همچنین انتخاب استراتژی بهینه و شبیه سازی فرآیند ماشینکاری پیش از تولید قطعه، از جمله قابلیت های مهم می باشد که در صنعت قطعه سازی بسیار ضروری است.

 

مجموعه Digital Mockup

 

این مجموعه از سه بخش پرکابرد زیر تشکیل شده است.

DMU Space Analysis که به امکان بررسی ابعادی و فواصل و تداخل های یک مجموعه می پردازد و بطور شگفت انگیزی گزارش مفصلی ارائه مینماید.

DMU Kinematics  که امکان ایجاد و طراحی مکانیزم های حرکتی به صورت سینماتیک را ایجاد میکند.

و اما سومین محیط پرکاربرد DMU 2D viewer است که امکان اسکن نقشه دوبعدی و حتی عکس  و استخراج ابعاد آن جهت مهندسی معکوس و حتی طراحی است .