Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Ghaei,Mahmoud Farzin
عباس قائی (استاد راهنما) محمود فرزین (استاد مشاور)
 
STUDENT
Rasoul Shahrokh
رسول شاهرخ اصفهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Cold Extrusion of Micro Gear using Ultrasonic Vibrations
Product minimization is a global trend in many industries such as medical devices, electronics, communications, aerospace, automotive and military. Microfabrication is focused on producing three-dimensional parts with high precision using various materials and having dimensions from tens of micrometers to several millimeters. The tribological conditions between the tool and the workpiece are of the utmost importance for process feasibility and process quality. This becomes even more prominent as the process shrinks from macro to micron. Today, the use of ultrasonic vibrations in shaping processes is increasing. The main reasons for this expansion are the capabilities and properties created in the process and the material during the ultrasonic vibrations. In this research, in order to overcome the challenges of microforming, finding a suitable lubricant and optimal parameter of ultrasonic oscillations, a set for performing micro-ring compression test (MRCT) with ultrasonic oscillations was designed and manufactured. In this regard, samples of different sizes were subjected to ring compression test with ultrasound. This process was designed in three levels of experiment to study the effect of lubricant, speed and amplitude of fluctuations on friction. It was observed that by adding ultrasonic vibrations to this process, the forces are reduced due to the reduction of the friction force and the yield stress in the material. In this research, with a new technique, the degree of participation of these two quantities in reducing the force of the process was calculated. Also, in all samples, with decreasing sample size, the coefficient of friction in the sample increased and zinc phosphate was identified as a suitable lubricant for microextrusion process. Using MoS 2 grease lubricant with a amplitude of 20 microns in the ring compression test process, the coefficient of friction was reduced by 37.1% compared to the case where the lubricant was not used. In this dissertation, ultrasonic vibrations are also applied to the microextrusion process and its effects on the surface roughness of the sample, corner filling (CF) parameter, microstructure and also the required force of the process are investigated. For this purpose, a system including a microextrusion die and a concentrator of ultrasonic vibrations with a resonant frequency of 20 kHz was designed and fabricated. In two cases with ultrasonic vibrations and without the presence of ultrasonic vibrations, samples of AISI 1015 steel, 1100 aluminum and 99.5% Cu were passed through the die and then the mentioned parameters were examined. It was found that the rate of improvement of surface roughness of micro gear by applying ultrasonic fluctuations varies between 7.6 to 24.1%. The amount of filling in the corner of the die after the presence of ultrasonic vibrations increased compared to normal conditions and this amount increased up to 23.3% in aluminum micro gears. It was shown that ultrasonic vibrations reduced the force required by the process and the maximum reduction of 19% was determined for aluminum micro gear. Keywords: Ring compression test, Microextrusion, Micro gear, Ultrasonic vibration, Friction
کوچک‌سازی محصول، روند همه جانبه جهانی در بسیاری از شاخه‌های صنعتی مانند دستگاه‌های پزشکی، لوازم الکترونیک، ارتباطات، هوافضا، خودرو و نظامی است. میکروساخت معطوف به تولید قطعات سه‌بعدی با دقت بالا با استفاده از مواد متنوع و داشتن ابعادی از دهها میکرومتر تا چند میلیمتر می‌باشد. شرایط تریبولوژیکی بین ابزار و قطعه کار بیشترین اهمیت را برای امکان‌پذیری فرایند و کیفیت فرایند دارند. هنگامی که فرایند از ابعاد ماکرو به ابعاد میکرونی کوچک‌سازی شود، این امر برجسته‌تر نیز می‌گردد. امروزه گستره استفاده از ارتعاشات فراصوتی در فرایندهای شکل‌دهی رو به افزایش است. علت‌های عمده این گسترش، قابلیت‌ها و ویژگی‌های ایجاد شده در فرایند و ماده‌ی در حین ارتعاشات فراصوتی می‌باشد. در این تحقیق به منظور غلبه بر چالش‌های میکروشکل‌دهی، پیدا کردن روانکار مناسب و پارامترهای بهینه نوسانات فراصوتی، مجموعه‌ای برای انجام آزمون فشار میکروحلقه(MRCT) همراه با نوسانات فراصوتی طراحی و ساخته شد. در این راستا نمونه‌هایی با اندازه متفاوت تحت آزمون فشار حلقه همراه با فراصوتی قرار گرفتند. این فرایند در سه سطح آزمایش و به منظور مطالعه اثر روانکار، سرعت و دامنه نوسانات بر روی اصطکاک طراحی گردید. مشاهده شد که با افزودن ارتعاشات فراصوتی به این فرایند، نیروها کاهش می‌یابد که علت آن‌ با کاهش نیروی اصطکاک و تنش تسلیم در ماده ارتباط دارد. در این تحقیق با تکنیک جدیدی میزان مشارکت این دو کمیت در کاهش نیروی فرایند محاسبه گردید. همچنین در کلیه نمونه‌ها با کاهش اندازه نمونه، ضریب اصطکاک در نمونه افزایش یافت و فسفات روی به عنوان روانکار مناسب جهت انجام فرایند میکرواکستروژن مشخص شد. با استفاده از روانکار گریس MoS 2 و با دامنه 20 میکرون در فرایند آزمون فشار حلقه، ضریب اصطکاک به میزان 1/37 درصد نسبت به حالتی که روانکار استفاده نشد، کاهش یافت. در این پایان نامه هم چنین ارتعاشات فراصوتی به فرایند میکرواکستروژن اعمال شده و اثرات آن بر روی صافی سطح نمونه، پارامتر پرشدگی گوشه‌ی قالب(CF)، ریزساختار و هم چنین نیروی مورد نیاز فرایند مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور برای ساخت یک ریزچرخ‌دنده یک سیستم شامل قالب میکرواکستروژن و تمرکزدهنده‌ی ارتعاشات فراصوتی با فرکانس تشدید 20 کیلوهرتز طراحی و ساخته شد. در دو حالت همراه با ارتعاشات فراصوتی و بدون حضور ارتعاشات فراصوت، نمونه‌هایی از جنس فولاد AISI 1015، آلومینیویم 1100 و Cu99.5% از قالب عبور داده شده و سپس پارامترهای ذکر شده مورد بررسی قرار گرفتند. مشخص شد که میزان بهبودی زبری سطح ریزچرخ‌دنده‌ها با اعمال نوسانات فراصوتی بین 6/7 تا 1/24 درصد متغیر است. میزان پرشدگی گوشه قالب بعد از حضور ارتعاشات فراصوتی نسبت به شرایط عادی افزایش پیدا کرده و این مقدار در ریزچرخ‌دنده‌ها از جنس آلومینیوم تا 3/23 درصد افزایش یافت. نشان داده شد که ارتعاشات فراصوتی نیروی مورد نیاز فرایند را کاهش داده و بیشترین میزان کاهش به اندازه 19 درصد برای ریزچرخ‌دنده‌ آلومینیومی مشخص گردید. کلمات کلیدی : آزمون فشار میکروحلقه، فرایند میکرواکستروژن، ریز چرخ‌دنده، ارتعاشات فراصوتی، اصطکاک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی