بازدید امروز :171
بازدید دیروز :278
کل بازدید :482821
تعداد کل یاداشته ها : 917
103/10/5
4:37 ع
صحنه سانسور شده داغ از کارتون فوتبالیست ها! ( عکس) [0]
ترفند بازکردن قفل بدون دانستن پسوورد ! [0]
آرشیو پیوند روزانه [2]
مقدمه
آینده‌نگاری‌ها نشان می‌دهند که علوم مختلف در ده تا پانزده سال آینده زیر چتر نانو قرار می‌گیرند. در واقع، فناوری نانو رشته‌های گوناگون علمی و فنی را به یکدیگر نزدیک می‌کند. یکی از این رشته‌ها مهندسی مکانیک است.
امروزه کمتر زمینة تولیدی و پژوهشی یافت می‌شود که از مهندسی مکانیک بی‌نیاز باشد. زمینه‌هایی نظیر خودروسازی، هواپیماسازی، رُباتیک، آبرسانی، پالایشگاه‌های نفت و گاز، هوش مصنوعی، بیومکانیک و بسیاری دیگر از این فنون و صنایع، با مهندسی مکانیک درآمیخته‌اند. در دنیای مکانیک، فرایند «شکل‌دهی» جایگاه ویژه‌ای دارد. به عنوان مثال، قطعات مختلفِ خودروهای سواری با روش‌های مختلفِ شکل‌دهی مانند کشش، خمش و... ساخته شده‌اند. با استفاده از فناوری نانو می‌توان بر کیفیت شکل‌دهی افزود و محصولات باکیفیت‌‌تری تولید کرد. این محصولات جدید یک ویژگیِ عمده دارند که همانا یکدستی در تمام محصولات است.
در مجموعة مقالاتی که ارائه خواهد شد، به موضوع شکل‌دهی در مقیاس نانو خواهیم پرداخت.
مفاهیم و موضوعات
در این مجموعه مقالات، عناوین مختلفی مورد بحث قرار می‌گیرند، مناسب است که در شروع کار، اولویت‌ها و عناوین مورد بحث را با هم مرور کنیم تا به چشم‌اندازی از مسیر و هدف نهایی برسیم. البته ممکن است در ابتدا با مفاهیمی روبه‌رو شوید که قدری ناآشنا هستند، اما سعی شده است تا حد ممکن مطالب ساده بیان شوند و با کمک مثال‌ها و تصاویر مختلف درک آنها سریع‌تر و بهتر صورت گیرد.
سه شاخة اصلی مورد بحث در این مقالات عبارتند از:
شکل‌دهی
در طول روز با محصولات بسیاری روبه‌رو می‌شوید که با تغییر شکل ایجاد شده‌اند. وقتی این تغییر با کشیدن ورق فلزی ایجاد شود، به آن «کشش» می‌گویند؛ وقتی تغییر شکل با خم نمودن صورت بگیرد، «خمش» نامیده می‌شود، و البته در بسیاری از فرایندها از هر دو روش به طور همزمان استفاده می‌شود، مثلاً در تولید بدنة خودروهای سواری.
عملیات شکل‌دهی فلزات بسیار متنوع است. ما در ابتدا به دو نمونة ساده اشاره کردیم، اما هدف اصلی از انجام همة آنها ایجاد تغییر شکل مطلوب است. در شکل دادن به فلزات، نیروهای لازم برای شکل‌دهی و خواصّ مادة تحت شکل‌دهی از اهمیت زیادی برخوردارند، زیرا باید از ابتدا بدانیم چه مقدار نیرو باید در چه جهتی وارد شود تا مثلاً یک کابل فلزی با روش کشش تولید گردد. شاید در فیزیک به تعریف نیرو دقت کرده باشید. حتماً به یاد دارید که جهت و مقدار از نکات اصلی آن هستند. از طرف دیگر باید بدانیم جنس مادة تحت شکل‌دهی چیست تا بر اساس خواص آن نیروی لازم را وارد سازیم. مثلاً بین آلمینیوم، فولاد، مس یا چوب تفاوت‌های زیادی وجود دارد و اگر از آنها در جای مناسب استفاده نکنیم، هرگز به هدف مورد نظر نمی‌رسیم.
دو رشتة مهندسی که به طور مستقیم به موضوع شکل دادن فلزات می‌پردازند، عبارتند از مکانیک و متالورژی.
شکل‌پذیری
یکی از نگرانی‌های مهم در شکل دادن آن است که آیا می‌توان بدون خراب شدن فلز، شکل مطلوبی به آن بخشید یا نه؟ در فرایندی مفروض از تغییر شکل معیّن، محدودیت‌های شکل دادن، از ماده‌ای به مادة دیگر تغییر می‌کند.
حتماً مقاطع فلزی را که در ساختمان‌سازی به کار گرفته می‌شوند دیده‌اید. برای تولید این مقاطع، فرایند تغییر شکل شامل تبدیل آهن خام به مقاطع مستطیلی یا لانه زنبوری است. هندسة تغییر شکل، آخرین وضعیتی است که از ابتدا به دنبال آن بوده‌ایم؛ یعنی مقطع فلزی مستطیلی یا لانه‌زنبوری .
بهتر است پیش از پرداختن به تعاریف مرتبط با شکل‌دهی و فرایندهای وابسته به آن، به مواد مهندسی و خواص آنها بپردازیم.
مواد مهندسی و مصالح صنعتی
ادوار زندگی بشر را با توجه به عناصر و موادی که در آن اعصار کشف شده‌اند، تقسیم‌بندی کرده‌‌اند. در هر دوره، محدوده و تنوع این یافته‌ها افزایش یافت و در نهایت، مهمترین و مفیدترین یافتة بشر در آن دوره، نام آن عصر را به خود گرفت: عصر حجر، عصر برنز، عصر آهن... در حال حاضر، بعد از اینکه مواد پلاستیک و کامپوزیت‌ها (مواد مرکب از چند مادة مختلف که به آنها «چندسازه» می‌گویند) به وجود آمد، در «عصر مواد کامپوزیتی» هستیم و با تحولات سریع فناوری انتظار می‌رود که در آینده‌ای نه‌چندان دور به «عصر مواد هوشمند» وارد شویم؛ عصری که اکنون در گام‌های آغازین ورود به آن هستیم.
در استفاده از مواد مورد نیاز برای ساخت دستگاه‌ها، ابزارآلات و محصولات صنعتی و غیرصنعتی، باید خواص مورد نیاز هر محصول یا دستگاه توسط مادة آن تأمین شود، زیرا ماده، خوراک اولیه برای شروع کار است؛ مانند سوخت خودرو که باید از ویژگی‌های خاصی برخوردار باشد، وگرنه ماشین دچار مشکلات فراوان می‌شود.
خواص مواد بسیارند. مانند خواص مکانیکی، فیزیکی، سطحی، تولیدی و زیبایی‌شناسانه. به عنوان مثال، خواص فیزیکی مربوط به ویژگی‌های ذاتی ماده مثل مقاومت الکتریکی و حرارتی و خواص مغناطیسی است و از ماده‌ای به مادة دیگر فرق می‌کند و مثلاً مس یا آلمینیوم هادی خوبی برای الکتریسیته و حرارت به شمار می‌روند.
خواص مکانیکی نیز به جنس ماده وابسته‌اند. اینکه هر ماده چقدر در مقابل نیروی واردشده مقاومت می‌کند یا اینکه چقدر باید بر هر ماده نیرو وارد کرد تا از هم گسیخته نشود، به خواص مکانیکی آن مربوط می‌شود.
مواد و مصالح صنعتی به‌طور کلی به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند: (1) فلزات و آلیاژهای فلزی، و (2) مواد غیرفلزی.
1. فلزات و آلیاژهای فلزی
فلزات و آلیاژهای فلزی جزء پُرمصرف‌ترین موادی به شمار می‌روند که در صنعت کاربرد دارند. این مواد به علت خواص متنوعشان، در بخش‌های مختلف صنعت به کار می‌روند. فلزات از مواد معدنی استخراج می‌شوند و از عناصر فلزی نظیر آهن، آلمینیوم و مس تشکیل می‌گردند.
ویژگی‌هایی نظیر مقاومت، قابلیت شکل‌پذیری، قابلیت جوشکاری، قابلیت رسانایی الکتریکی و حرارتی که در حد بسیار بالایی در فلزات و آلیاژهای فلزی قابل دسترسی‌اند، جایگاه ویژه‌ای به این مواد در صنعت داده است.
البته فلزات مختلف دارای خواص یکسانی نیستند و همین امر سبب شده است که هر فلز کارآیی خاصی داشته باشد. از جمله مهمترین عناصر فلزی که در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند (بر حسب اهمیت) عبارتند از: آهن و آلیاژهای آن نظیر فولاد و چدن و نیز آلمینیوم، مس، برنج، و برنز.
از آنجا که بخش عمدة کاربرد فلزات و آلیاژهای فلزی از آهن و آلیاژهای آن است، گروه فلزات را به دو زیرگروه تقسیم می‌کنند:
مواد غیرفلزی به علت طبیعت، خواص، مزایا و ویژگی‌های خاص خود، همواره مورد توجه در ساخت و تولید اجزای ماشین بوده‌اند. صنعتگران بر اساس تجربه، انواع مختلف چوب، پلاستیکها و سرامیکها را در اجزای مختلف ماشین، با هدف حذف فلز و سبک‌سازی آن مورد استفاده قرار می‌دهند تا در نهایت انرژی کمتری مصرف شود و هزینة تولید محصول کاهش یابد. به طور کلی، مواد غیرفلزی شامل این مواردند:
پلاستیکها گروهی از موادند که مولکول‌های بزرگ دارند و از اتصال مولکول‌های کوچک حاصل می‌شوند. ویژگی‌های عمدة این مواد عبارت‌اند از:
پلیمرها را می‌توان به دو دستة عمده تقسیم کرد. گروه اول پلاستیک‌های «گرمانَرم» (ترموپلاستیک) هستند. به این معنا که قابلیت ذوب مجدد و بازیابی دارند و همان‌طور که از نام آنها پیداست با وارد کردن مقدار مناسبی حرارت نرم و در انتها ذوب می‌شوند. در مقابل، دستة دوم، پلاستیک‌های «گرماسخت» (ترموست)اند که پس از شکل‌گیری‌ِ اولیه دیگر نمی‌توان آنها را مورد استفادة مجدد قرار داد، یعنی در مقابل حرارت و گرما بسیار مقاوم‌اند.
در نوبت بعدی به سراغ مفاهیم اولیة شکل‌دهی و فرایندهای شکل‌دهی می‌رویم و به مقدمات ریزشکل‌دهی نیز می‌پردازیم.
آینده‌نگاری‌ها نشان می‌دهند که علوم مختلف در ده تا پانزده سال آینده زیر چتر نانو قرار می‌گیرند. در واقع، فناوری نانو رشته‌های گوناگون علمی و فنی را به یکدیگر نزدیک می‌کند. یکی از این رشته‌ها مهندسی مکانیک است.
امروزه کمتر زمینة تولیدی و پژوهشی یافت می‌شود که از مهندسی مکانیک بی‌نیاز باشد. زمینه‌هایی نظیر خودروسازی، هواپیماسازی، رُباتیک، آبرسانی، پالایشگاه‌های نفت و گاز، هوش مصنوعی، بیومکانیک و بسیاری دیگر از این فنون و صنایع، با مهندسی مکانیک درآمیخته‌اند. در دنیای مکانیک، فرایند «شکل‌دهی» جایگاه ویژه‌ای دارد. به عنوان مثال، قطعات مختلفِ خودروهای سواری با روش‌های مختلفِ شکل‌دهی مانند کشش، خمش و... ساخته شده‌اند. با استفاده از فناوری نانو می‌توان بر کیفیت شکل‌دهی افزود و محصولات باکیفیت‌‌تری تولید کرد. این محصولات جدید یک ویژگیِ عمده دارند که همانا یکدستی در تمام محصولات است.
در مجموعة مقالاتی که ارائه خواهد شد، به موضوع شکل‌دهی در مقیاس نانو خواهیم پرداخت.
مفاهیم و موضوعات
در این مجموعه مقالات، عناوین مختلفی مورد بحث قرار می‌گیرند، مناسب است که در شروع کار، اولویت‌ها و عناوین مورد بحث را با هم مرور کنیم تا به چشم‌اندازی از مسیر و هدف نهایی برسیم. البته ممکن است در ابتدا با مفاهیمی روبه‌رو شوید که قدری ناآشنا هستند، اما سعی شده است تا حد ممکن مطالب ساده بیان شوند و با کمک مثال‌ها و تصاویر مختلف درک آنها سریع‌تر و بهتر صورت گیرد.
سه شاخة اصلی مورد بحث در این مقالات عبارتند از:
- شکل‌دهی و مفاهیم مرتبط با آن؛
- مایکروشکل‌دهی به عنوان فرایندی صنعتی که در نزدیکترین مقیاس به حوزة نانو صورت می‌گیرد؛
- نانوشکل‌دهی.
شکل‌دهی
در طول روز با محصولات بسیاری روبه‌رو می‌شوید که با تغییر شکل ایجاد شده‌اند. وقتی این تغییر با کشیدن ورق فلزی ایجاد شود، به آن «کشش» می‌گویند؛ وقتی تغییر شکل با خم نمودن صورت بگیرد، «خمش» نامیده می‌شود، و البته در بسیاری از فرایندها از هر دو روش به طور همزمان استفاده می‌شود، مثلاً در تولید بدنة خودروهای سواری.
عملیات شکل‌دهی فلزات بسیار متنوع است. ما در ابتدا به دو نمونة ساده اشاره کردیم، اما هدف اصلی از انجام همة آنها ایجاد تغییر شکل مطلوب است. در شکل دادن به فلزات، نیروهای لازم برای شکل‌دهی و خواصّ مادة تحت شکل‌دهی از اهمیت زیادی برخوردارند، زیرا باید از ابتدا بدانیم چه مقدار نیرو باید در چه جهتی وارد شود تا مثلاً یک کابل فلزی با روش کشش تولید گردد. شاید در فیزیک به تعریف نیرو دقت کرده باشید. حتماً به یاد دارید که جهت و مقدار از نکات اصلی آن هستند. از طرف دیگر باید بدانیم جنس مادة تحت شکل‌دهی چیست تا بر اساس خواص آن نیروی لازم را وارد سازیم. مثلاً بین آلمینیوم، فولاد، مس یا چوب تفاوت‌های زیادی وجود دارد و اگر از آنها در جای مناسب استفاده نکنیم، هرگز به هدف مورد نظر نمی‌رسیم.
شکل‌پذیری
یکی از نگرانی‌های مهم در شکل دادن آن است که آیا می‌توان بدون خراب شدن فلز، شکل مطلوبی به آن بخشید یا نه؟ در فرایندی مفروض از تغییر شکل معیّن، محدودیت‌های شکل دادن، از ماده‌ای به مادة دیگر تغییر می‌کند.
حتماً مقاطع فلزی را که در ساختمان‌سازی به کار گرفته می‌شوند دیده‌اید. برای تولید این مقاطع، فرایند تغییر شکل شامل تبدیل آهن خام به مقاطع مستطیلی یا لانه زنبوری است. هندسة تغییر شکل، آخرین وضعیتی است که از ابتدا به دنبال آن بوده‌ایم؛ یعنی مقطع فلزی مستطیلی یا لانه‌زنبوری .
بهتر است پیش از پرداختن به تعاریف مرتبط با شکل‌دهی و فرایندهای وابسته به آن، به مواد مهندسی و خواص آنها بپردازیم.
مواد مهندسی و مصالح صنعتی
ادوار زندگی بشر را با توجه به عناصر و موادی که در آن اعصار کشف شده‌اند، تقسیم‌بندی کرده‌‌اند. در هر دوره، محدوده و تنوع این یافته‌ها افزایش یافت و در نهایت، مهمترین و مفیدترین یافتة بشر در آن دوره، نام آن عصر را به خود گرفت: عصر حجر، عصر برنز، عصر آهن... در حال حاضر، بعد از اینکه مواد پلاستیک و کامپوزیت‌ها (مواد مرکب از چند مادة مختلف که به آنها «چندسازه» می‌گویند) به وجود آمد، در «عصر مواد کامپوزیتی» هستیم و با تحولات سریع فناوری انتظار می‌رود که در آینده‌ای نه‌چندان دور به «عصر مواد هوشمند» وارد شویم؛ عصری که اکنون در گام‌های آغازین ورود به آن هستیم.
در استفاده از مواد مورد نیاز برای ساخت دستگاه‌ها، ابزارآلات و محصولات صنعتی و غیرصنعتی، باید خواص مورد نیاز هر محصول یا دستگاه توسط مادة آن تأمین شود، زیرا ماده، خوراک اولیه برای شروع کار است؛ مانند سوخت خودرو که باید از ویژگی‌های خاصی برخوردار باشد، وگرنه ماشین دچار مشکلات فراوان می‌شود.
خواص مکانیکی نیز به جنس ماده وابسته‌اند. اینکه هر ماده چقدر در مقابل نیروی واردشده مقاومت می‌کند یا اینکه چقدر باید بر هر ماده نیرو وارد کرد تا از هم گسیخته نشود، به خواص مکانیکی آن مربوط می‌شود.
مواد و مصالح صنعتی به‌طور کلی به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند: (1) فلزات و آلیاژهای فلزی، و (2) مواد غیرفلزی.
1. فلزات و آلیاژهای فلزی
فلزات و آلیاژهای فلزی جزء پُرمصرف‌ترین موادی به شمار می‌روند که در صنعت کاربرد دارند. این مواد به علت خواص متنوعشان، در بخش‌های مختلف صنعت به کار می‌روند. فلزات از مواد معدنی استخراج می‌شوند و از عناصر فلزی نظیر آهن، آلمینیوم و مس تشکیل می‌گردند.
ویژگی‌هایی نظیر مقاومت، قابلیت شکل‌پذیری، قابلیت جوشکاری، قابلیت رسانایی الکتریکی و حرارتی که در حد بسیار بالایی در فلزات و آلیاژهای فلزی قابل دسترسی‌اند، جایگاه ویژه‌ای به این مواد در صنعت داده است.
البته فلزات مختلف دارای خواص یکسانی نیستند و همین امر سبب شده است که هر فلز کارآیی خاصی داشته باشد. از جمله مهمترین عناصر فلزی که در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند (بر حسب اهمیت) عبارتند از: آهن و آلیاژهای آن نظیر فولاد و چدن و نیز آلمینیوم، مس، برنج، و برنز.
از آنجا که بخش عمدة کاربرد فلزات و آلیاژهای فلزی از آهن و آلیاژهای آن است، گروه فلزات را به دو زیرگروه تقسیم می‌کنند:
الف ـ فلز آهن و آلیاژهای آهنی (Ferrous & Alloys)2. مواد غیرفلزی
ب ـ فلزات غیرآهنی و آلیاژهای آنها (Nonferrous & Alloys)
مواد غیرفلزی به علت طبیعت، خواص، مزایا و ویژگی‌های خاص خود، همواره مورد توجه در ساخت و تولید اجزای ماشین بوده‌اند. صنعتگران بر اساس تجربه، انواع مختلف چوب، پلاستیکها و سرامیکها را در اجزای مختلف ماشین، با هدف حذف فلز و سبک‌سازی آن مورد استفاده قرار می‌دهند تا در نهایت انرژی کمتری مصرف شود و هزینة تولید محصول کاهش یابد. به طور کلی، مواد غیرفلزی شامل این مواردند:
الف ـ پلاستیکها
ب ـ الاستومرها
ج ـ سرامیکها
د ـ مواد مرکب (کامپوزیت‌ها)
الف ـ چگالی کماز نظر علم شیمی، بیشترِ این مواد، ترکیبات آلی و شامل عناصری نظیر هیدروژن، اکسیژن، کربن و نیتروژن‌اند. پلیمرها دستة بزرگی از مواد آلی هستند که به چند گروه و خانواده تقسیم می‌شوند. تنوع این مواد به حدی است که در حال حاضر حدود چهار هزار نوع مواد پلیمری با فرمول‌های مختلف سنتز و ایجاد شده‌اند. از این میان، 4 یا 5 نوع پلیمر بیشترین استفادة تجاری و صنعتی را دارند.
ب ـ مقاومت کافی در برابر خوردگی
ج ـ هزینة تولید پایین
پلیمرها را می‌توان به دو دستة عمده تقسیم کرد. گروه اول پلاستیک‌های «گرمانَرم» (ترموپلاستیک) هستند. به این معنا که قابلیت ذوب مجدد و بازیابی دارند و همان‌طور که از نام آنها پیداست با وارد کردن مقدار مناسبی حرارت نرم و در انتها ذوب می‌شوند. در مقابل، دستة دوم، پلاستیک‌های «گرماسخت» (ترموست)اند که پس از شکل‌گیری‌ِ اولیه دیگر نمی‌توان آنها را مورد استفادة مجدد قرار داد، یعنی در مقابل حرارت و گرما بسیار مقاوم‌اند.
در نوبت بعدی به سراغ مفاهیم اولیة شکل‌دهی و فرایندهای شکل‌دهی می‌رویم و به مقدمات ریزشکل‌دهی نیز می‌پردازیم.
89/10/6::: 12:21 ص
اولین دیدگاه را شما بگذارید
پیامهای عمومی ارسال شده
+
ثبت دامنه 100درصد رایگان com,org.net
+
سال نومبارک ستادشادسازی عقب ماندگان ذهنی
+
سال نو مبارک
+
تولدت مبارک
