درس روش های تولید

درس روش های تولید

اسلاید 1: درس روش های تولیددانشگاه پیام نورسال 1387-1388جلسه 1-الف

اسلاید 2: 2طرح درسمدرس: دکتر علی قاضی زاده ایمیل: ghazi_z@pnu.ac.irمنبع درس: فرآیند های تولیدمولف: ناگندرا پاراشارمترجم: مهندس محمد اسماعیل اسدیانتشارات دیباگران تهران: سعادت آباد، میدان کاج، خ سرو شرقی. روبروی خ علامه ساختمان 47 تلفن:22098446قیمت هر جلد: 5800 تومان

اسلاید 3: 3طرح درس ...فصول مورد نظر برای مطالعه:فصل دوم تا آخر فصل 17 ام بجز فصل سومجمعا 15 فصلارزشیابی دانشجویانامتحان نهایی: تستی 14 نمرهامتحان نیم ترم: تستی 6 نمرهشبیه سازی فرآیند های تولید: 3 نمرهجمعا 23 نمرهساعات درس 30 ساعت ده جلسه سه ساعتی

اسلاید 4: 4طرح درس ...

اسلاید 5: 51- مقدمهمواد مهندسی دارای خواص مختلفی هستند و مهندس باید برای کار خود آنها را انتخاب کند.مواد مهندسی 5 گروه هستند: 1-فلزات (مثل: آهن، مس، آلومینیم، نقره و طلا) 2- سرامیک ها (مثل: ماسه، آجر، شیشه و گرافیت) 3-پلیمر ها (مثل: PP، ABS ) 4-کامپوزیت ها (مثل: فیبر های کربن و پشم شیشه در رزین ها)5-نیمه هادی ها (مثل: موادی که درترانزیستور ها و آی سی ها بکار می روند)فرآیند انجام گرفته روی مواد روی ساختار و خواص آنها اثر می گذارد.

اسلاید 6: 62- ساختار موادخواص مواد به ساختار آنها بستگی دارد.ساختار کریستالی مواد (فلزات):هنگام سرد شدن ذوب، اتم ها بشکل منظمی قرار می گیرند.اگر آنها را باخط بهم وصل کنیم یک شکل هندسی سه بعدی تشکیل می دهند (شبکه فضایی).شبکه واحد: کوچکترین واحد ساختار شبکه فضایی

اسلاید 7: 72- ساختار موادساختارکریستالی: غالبا مکعبی یا شش وجهی منظم است (شکل 1-2): انواع شبکه کریستالی (14 نوع وجود دارد) مهمترین آنها: مکعب با وجوه مرکز دار (FCC)مکعب مرکز دار (BCC)هگزاگونال ساده (HCP)مواد چند شکلی (پلیمرف): موادی که در اثر حرارت ساختار اتمی آنها تغییر می کند.مواد بیشکل (آمرف): موادی که اتمم های آنها شبکه کریستالی تشکیل نمی دهند (لاستیک، شیشه های فلزی، ترموپلاست ها، پلیمرهای شفاف)

اسلاید 8: 82- ساختار موادمکعب با وجوه مرکز دار (FCC)یک اتم در هر گوشه و یک اتم در مرکز هر وجهمس، طلا، نیکل، آلومینیم، و آلیاژ های این فلزاتشکل پذیری بالا، هدایت الکتریکی خوبمکعب مرکز دار (BCC)یک اتم در هر گوشه و یک اتم در مرکز مکعبآهن، سدیم، وانادیم، مولیبدنتغییر شکل پلاستیکیهگزاگونال ساده (HCP)شش اتم در هر گوشه یک شش وجهی، یک اتم در مرکز آن، سه اتم در صفحه های میانیروی، کادمیم، کبالت و تیتانیمشکل پذیر خوبی دارند و براحتی تغییر شکل می دهند.

اسلاید 9: 93- خواص موادخواص مواد: مواد دارای خواص فیزیکی (مثل وزن و هدایت الکتریکی)، شیمیایی (مثل زنگ زدن آهن)، مکانیکی (مقاومت در برابر نیروی مکانیکی)، الکتریکی (هدایت الکتریکی) و ... هستند.انتخاب مواد: برای محصولات مهندسی معمولا بر اساس کاربرد آنها مواد انتخاب می شود.نمونه: پلاستیک بعلت سبکی در ساخت خودکار، مس بدلیل هدایت حرارتی در ساخت سیم برقروش تولید به خواص مکانیکی مواد بستگی دارد (چدن را نمی توان از روش شکل دهی تولید کرد).انواع تنش و کرنش، نمودار تنش و کرنش، قانون هوک و مدول یانگ را از مقاومت مصالح بیاد بیاورید (اگر فراموش کرده اید مطالعه کنید، شکل 2-5)

اسلاید 10: 104- خواص مکانیکیحدالاستیک: جایی که با تنش کمتر از آن جسم پس از برداشتن تنش به حالت اولیه بر می گردد (نقطه P).ناحیه الاستیک: از ابتدای نمودار تنش کرنش تا نقطه Pمحدوده پلاستیک: (تنش از نقطه P تا انتهای نمودار)صلبیت یا صفتی: مدول الاستیسیته (E)خواص مکانیکی:استحکام: استحکام تسلیم (تنش حد سیلان) P، (در بعضی از مواد استحکام شکست و حد اکثر استحکام کششی برابر است و استحکام تسلیم ندارند، شکل 2-6).استحکام تسلیم در مواد شکل پذیر مثل آلومینیم و برنز: تقاطع خط موازی از کرنش 0.002 با ناحیه خطی منحنی تنش کرنشاستحکام کششی (تنش ماکزیمم قبل از گسیختگی) Tاستحکام شکست (تنش گسیختگی) R

اسلاید 11: 114- خواص مکانیکیجدول خواص مکانیکی مواد در پیوست دال

اسلاید 12: 124- خواص مکانیکیشکل پذیری:حد اکثر تغییر شکل پلاستیک قبل از شکستقابلیت تحمل کرنش های دائمی و تغییر شکل های پلاستیکی قبل از شکستمواد داکتیل یا شکل پذیر (مواد کمتر داکتیل = مواد شکننده): طلا، 24 گرم=80کیلومترخم کاری و نورد کاریبدنه اتوموبیل، پوکه فشنگسختی:مقاومت در برابر نفوذ مکانیکی جسم خارجیمقاومت در برابر خراش و سایشالماس سخت ترین ماده است.کاربرد مواد سخت: ابزار های برشی ساختمان ماشین های ابزارچقرمگی:مقاومت در برابر نیروهای ناگهانی و جذب مقدار معینی انرژی بدون تغییر شکل پلاستیکبه استحکام و شکل پذیری ماده بستگی دارد.سطح زیر منحنی تنش –کرنش تا نقطه شکستابزار های فرزکاری و چرخ دنده های تحت اثر نیرو های ضربه ای

اسلاید 13: 134- خواص مکانیکیشکنندگی:با تغییر شکل پلاستیک کم بسرعت می شکنند. حد تسلیم ندارند، گلویی نمی شوند. در مقابل کشش ضعیف تر از فشارند.چدن، شیشه و مواد سرامیکیقابلیت چکش خواریقابلیت تبدیل شدن به ورق نازک بدون پارگی با استفاده از فشار ( به تفاوت با خاصیت شکل پذیری توجه فرمایید).سرب، آلومینیم، مس و قلع قابلیت ارتجاعی (فنریت)توانایی جذب انرژی در محدوده الاستیک توسط آن ماده و برگشت آن پس از برداشتن نیرومقدار آن برابر سطح زیر منحنی نمودار تنش-کرنش در محدوده الاستیک است.کاربرد درکمک فنر ها و فنر ها سفتیمقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیکمدول الاستیسیته بالاتر = سفتی بیشترنسبت پواسن را از کتاب مطالعه کنید.

اسلاید 14: 145- انواع شکستعوامل موثر در نوع شکست:ساختار کریستالی، خلوص ماده، خواص مکانیکی و حرارتی آن، دمای کاری، نوع تنش های وارد شده، حالت تنش، نرخ بارگذاری و عوامل محیطیانواع شکست:شکست نرم، شکست ترد، شکست خزشی و شکست ناشی از خستگیشکست نرم:با پدیده رشد ترک ها و گلویی شدن اتفاق می افتد (شکل 8-2).وقتی تنش با استحکام همچسبی (بین مولکولی) برابر شود ترک ها شروع به رشد می کنند.شکست در زاویه 45 درجه اتفاق می افتددر فرآیند های فلز کاری مثل کشش عمیق و آهنگری (فورجینگ) استفاده می شود.

اسلاید 15: 155- انواع شکستشکست ترد:به تغییر شکل پلاستیکی نیاز نیست. اگر چه درهنگام رشد ترک ها ممکن است ظاهر شود.مقاومت کمی در برابر رشد ترک ها دارد.ممکن است در اثر بارهای ضربه ای در تنش های بسیار کمتر از تنش حد سیلان ماده و بدون علائم قبلی ظاهر شود.نوعا در قطعات بزرگ که تحت بار ضربه ای قرار می گیرند، اتفاق می افتد.شکست خزشی:خزش: در اجسام تحت بارگذاری ثابت، در طول زمان (یکماه تا چند ده سال) تغییر شکل صورت می پذیرد. در محیط های خورنده و دماهای کاری بالا، رفتار تنش-کرنش و نیز شکست مواد به زمان بستگی خواهد داشت.در محیط های غیر خورنده و دمای محیط نیز ممکن است رفتار خزش صورت پذیرد.مقدار خزش به مدول الاستیسیته ماده، استحکام حد سیلان، تنش وارد شده به آن و دمای کاری بستگی دارد. در فلزاتی مثل آلومینیم و سرب، خزش در دماهای معمولی و بالاتر اتفاق می افتد.در فولاد آلیاژی خزش در دماهای بسیار بالا اتفاق می افتد.در چوب و بتون، درجه حرارت در خزش پارامتر مهمی نیستند.در طراحی توربین های بخار، دیگ بخار، موتور های بخار و موتور هواپیما خزش پارامتر مهمی است.

اسلاید 16: 165- انواع شکستخستگی:بطور ناگهانی، غیر قابل انتظار و با نتایج فاجعه آمیز رخ می دهد و در اکثر مواد مهندسی وجود دارد.شکست خستگی: در اثر بار گذاری های مکرر و تنش های متناوب بوجود می آید.در تنش های بسیار کمتر ازتنش حد سیلان (که دربار گذاری های ثابت می توانند تحمل کنند) اتفاق می افتد.در قطعاتی که تحت تنش متناوب هستند، باید تنش ماکزیمم بر مبنای شکست خستگی در نظر گرفته شود.مکانیزم شکست، بصورت تشکیل ترک ها و بروز کرنش سختی است که به ضعف ساختار کریستالی و کیفیت سطح نامطلوب مربوط می شود (باعث رشد ترک ها می شود).

اسلاید 17: 176- ضریب اطمینانطراحی ها بر اساس فرضیات مشخصی صورت می گیرد مثلا ماده همگن است.اما این شرایط واقعا وجود ندارد مثلا قطعه ریخته گری مک دارد، ترک دارد و ...بنابر این حد اکثر تنش طراحی قطعه باید از تنش حد سیلان و استحکام کمتر باشد.ضریب اطمینان عددی است که بسته به نوع کاربرد، خسارات ناشی از شکست و تجربیات طراح نسبت به شکست موادی که انجام محاسبات دقیق آنها وجود ندارد، در نظر گرفته می شود.ضریب اطمینان برابر است با نسبت تنش شکست به تنش مجاز (تنش طراحی قطعه) معمولا عددی بیش از 1 است و تا 6 هم می رسد.تنش شکست برای مواد نرم، تنش حد سیلان و برای مواد شکننده برابر استحکام نهایی ماده است.ضریب اطمینان با Fs نشان داده می شود.در انتخاب ضریب اطمینان، توجه به نکات زیر ضروری است:تغییر خواص مکانیکی به واسطه عدم وجود ساختار یکنواخت در مادهخطا های موجود در روش های آنالیز و ساخت قطعهشرایط محیطینوع کاربرد قطعه

اسلاید 18: 187- مواد مهندسیدر مواد مهندسی، فلزات معمولا بصورت آلیاژ بکار می روند که خواص بهتری دارند.مهمترین مواد که در این کتاب مطالعه می شوند:چدنفولادآلومینیممسسربرویقلع

اسلاید 19: 197- مواد مهندسی1- چدن:آلیاژ ½ تا 5/4% کربن، 5/3% سیلیسیم با آهن تولید می شود.سخت و شکننده است.بواسطه داشتن کربن آزاد خاصیت خود روغن کاری دارد.ارتعاشات را بخوبی جذب می کند. لذا در ساخت ماشین های ابزار از آنها استفاده می شود.انواع چدن خاکستری، جدن چکش خوار و جدن با گرافیت کروی دارد.نوع خاکستری: مقاومت خوبی در برابر سایش دارد، در ساخت میز راهنمای ماشین های ابزار و جاهایی که روغن کاری پیوسته امکان پذیر نیست، بکارمی رود.نوع چکش خوار: مقاومت به ضربه، استحکام کششی و استحکام خستگی بیشتری دارد. در ماشین های کشاورزی و نساجی استفاده می شود.نوع با گرافیت کروی (SG) دارای چقرمگی، شکل پذیری و استحکام در حد بالا بوده و در میل لنگ خودرو ها، شاتون و جعبه دنده ها بکار می رود.

اسلاید 20: 207- مواد مهندسی2- فولادکاربرد بسیاردارد: وسایل آشپزخانه، قطعات ماشین آلات و ابزار های برشیعمدتا از آلیاژآهن وکربن است. ممکن است مقدار کمی منگنز، سیلیسیم، کرم یا مس در آن آلیاژ شود. برحسب درصد کربن به سه گروه تقسیم می شوند:فولاد کم کربن یا فولاد نرم (0.3 تا 0.5 در صد کربن)فولاد با درصد کربن متوسط (0.3 تا 0.7 در صد کربن)فولاد های پرکربن (0.7 تا 1.5 در صد کربن)از خواص عالی فولاد ها، سهولت کنترل و تغییر خواص بوسیله عملیات حرارتی است.یک فولاد ممکن است، با عملیات حرارتی بصورت نرم و چکش خوار یا سخت و شکننده شود.

اسلاید 21: 217- مواد مهندسی2- فولاد ...جدول 2-1: کاربرد فولاد های کربنی

اسلاید 22: 227- مواد مهندسی3- آلومینیمغیر آهنی و با کاربرد زیاد در صنعت.هادی حرارت و جریان الکتریسیته، مقاوم به خوردگی، سبک (جرم مخصوص 3/1 فولاد) و دارای خاصیت شکل پذیری بسیارساخت وسایل آشپزخانه، در بسته بندی، وسایل الکتریکی استفاده می شود.78 تا 85 در صد مواد موتور های هواپیما و جت از آلیاژ های آلومینیم است.

اسلاید 23: 237- مواد مهندسی4- مساز فلزات غیر آهنی است.قابلیت هدایت الکتریکی زیاد، مقاومت در برابر خوردگی، فلز نرم باقالبگیری آسان، چقرمه، قابلیت کار در حالت سرد و گرمبصورت خالص در انتقال الکتریسیته و حرارت بکار می رود.آلیاژ مس از ترکیب با روی، قلع و سرب بدست می آید.برنج: آلیاژ روی با مس در وسایل آشپزخانه، قفل درب ها، اشیاء زینتی بکار می رود.برنز: آلیاژ مس و قلع است و مقاومت زیادی در برابر خوردگی دارد و در ساخت سوپاپ، و انواع یاتاقان بکار می رود.برنج و برنز را می توان با سرعت های برشی بالا و کیفیت سطح مطلوب ماشین کاری کرد.

اسلاید 24: 247- مواد مهندسی5- سربفلز بادوام، تطبیق پذیر، سنگین، قابلیت کارپذیری خوب، مقاومت به خوردگی بخصوص در برابر اسید هادر لحیم کاری از آلیاژ سرب و قلع به عنوان واسطه اتصال بکار می رود.6- روینقطه ذوب پایین روی و آلیاژ های آندر کاربراتور، پمپ های سوخت و قطعات خودرو استفاده می شود.7- قلعفلز نرم و شکل پذیرقابلیت چکش خواری، مقاومت در برابر خوردگی در محیط های خشک و مرطوببه عنوان پوشش آهن و فولاد بکار می رود، آلیاژ های سفید قلع در ساخت یاتاقان های تحت فشار زیاد و سرعت بالا استفاده می شود، در قوطی کنسرو هم استفاده می شود.

اسلاید 25: 258- انتخاب موادخواص مکانیکی، و فیزیکی، قیمت نهایی و فرآیند تولید در انتخاب مواد در نظر گرفته می شوند.حدود 50% هزینه های تولید هر محصولی مواد اولیه است.مراحل انتخاب مواد:تعیین نیاز های مورد انتظار از مادهمشخص کردن مواد موجودانتخاب نهاییتعدادی از مسائل نمونه را مطالعه کنید.