ابزارسازي سريع روشي براي ساخت قطعات پيش‌توليد يا نمونه‌هاي قطعي با تيراژ محدود

ابزارسازي معمولا فرايندي طولاني و پرهزينه است و كيفيت بالاي مورد نياز باعث طولاني شدن زمان توليد مي‌شود. ابزارها غالباً داراي شكل هندسي پيچيده‌اي هستند و بايد از نظر ابعادي داراي دقت بالايي باشند. همچنين براي توليد قطعات با تعداد زياد نياز به ابزارهايي با مقاومت در برابر سايش و نياز به تجهيزات مختلف سخت‌افزاري از جمله ماشين‌آلات، جيگ، فيكسچرها، گيره‌ها و ابزار خاص مي‌باشد. معمولا فرايند توليد محصولي با تيراژ بالا، زمان‌بر و هزينه‌بر است و گران‌تمام مي‌شود. به همين دليل براي اطمينان از صحت طراحي و يا انجام اصلاحات مورد نياز و همچنين پيش‌گيري از صرف هزينه‌هاي اصلاح‌بر روي قالب يا ابزار طراحي شده پس از ساخت و يا درخواست سرعت بيشتر و تقليل هزينه‌هاي توسعه، ابزارسازي و قالب‌سازي سريع مركز توجه بسياري از سازندگان و طراحان قرار گرفته است. با توليد تعدادي نمونه براي تاييد نهايي طراحي و انجام اصلاحات قبل از توليد انبوه مي‌توان اقدام كرد كه به اين مرحله از توليد، توليد پايلوت مي‌گويند.

با اين روش مي‌توان قطعات و يا نمونه‌ها را در مدت زماني كوتاه به وسيله تكنولوژي RP توليد كرد و بعد از تاييد نهايي محصول و يا تاييد صحت محصول حاصل از طراحي، اقدام به ساخت تجهيزات براي توليد انبوه كرد. با اين روش در ساخت و يا اصلاح طراحي، صرفه‌جويي بسياري صورت خواهد گرفت. براي رفع نياز پروژه‌هاي تحقيقاتي به تعداد محدودي قطعه طراحي شده براي مونتاژ يا تعداد محدودي قطعه، شبيه مدل اصلي با جنس مشابه نياز است و مي‌توان آن را به روش ابزارسازي با قالب RP ساخت و از آن بهره‌برداري كرد.

در مجموع عواملي نظير كاهش زمان ساخت ابزار، كاهش هزينه توليد، امكان‌پذير بودن توليد آزمايشي قطعات پيش از توليد انبوه و انتقال مستقيم اطلاعات CAD، شماري از مزاياي بهره‌برداري از ابزارسازي سريع است.

انواع روش‌هاي ابزارسازي سريع

ابزارسازي غيرمستقيم

روش‌هاي ابزارسازي سريع به چند گروه نظير مستقيم و غيرمستقيم و يا به شاخه‌هاي قالب‌سازي سخت، نيمه‌سخت و نرم دسته‌بندي شده‌اند. معمولا در روش‌هاي قالب‌سازي سخت، امكان ساخت قطعات با تيراژ بالا امكان‌پذير است.

در ابزارسازي غيرمستقيم ما به مدلي اصلي[1] نيازداريم كه آن مدل با يكي از روش‌هاي RP توليد مي‌شود و پس از آن مي‌توان قالبي از جنس سيليكون رابر، رزين اپوكسي، فلز نقطه‌ذوب پايين يا سراميكي را از الگوي اصلي به دست آورد و از آن قطعه گرفت.

در اينجا دسته‌اي از روش‌هاي قالب‌سازي غيرمستقيم و نرم به شما معرفي خواهد شد.

در اين روش‌ها قالب توسط انسان و ماشين به طور توأمان ساخته مي‌شود و نمونه الگو توسط يكي از روش‌هاي توليد يا توسط دستگاه‌هاي نمونه‌سازي سريع ساخته مي‌شوند. دقت مدل اصلي بستگي به طي مراحل و روش ساخت آن دارد.

در اينجا دسته‌اي از روش‌هاي ابزارسازي سريع غيرمستقيم و نرم ذكر مي‌شود و پس از آن به روش RTV خواهيم پرداخت.

1. قالب‌هاي لاستيك سيليكوني RTV

2. قالب‌گيري تزريقي انعكاسي

3. ريخته‌گري در خلأ

4. قالب‌گيري تزريقي با موم

5. ريخته‌گري دقيق

6. قالب‌هاي رزيني

7. پاشش فولاد

8. فرايند انجماد سريع

9. قالب‌هاي گچي

10. شكل‌دهي الكتريكي

11. روش CKT

12. 3D- كلتول

روش RTV

يكي از رايج‌ترين روش‌هاي قالب‌سازي سريع غيرمستقيم، روش RTV است. اين روش ساخت يك قالب لاستيكي از جنس سيليكون رابر و ريختن پلي اورتان مايع در دستگاه خلأ در داخل قالب است كه فرايند فوق را Vacuum Casting يا ريخته‌گري در خلأ مي‌نامند. در اين روش پس از ساخت قالب از روي يك الگو يا نمونه مي‌توانيم با ريختن رزين‌هاي مايع پلي اورتان قطعاتي شبيه پلاستيك‌هاي عمومي مانند PMMA، PP، ABS، PA و ... و يا موم قطعاتي در تيراژ محدود (حدود 25 قطعه) را توليد كنيم. البته براي توليد قطعات با جنس موم با توجه به فرم مدل، امكان توليد تعداد بيشتري قطعه وجود دارد.

رزين‌هاي ريخته‌گري شامل پلي اول و ايزوسيونات مي‌باشند و اگر در هوا مخلوط شوند توليد گاز مي‌كنند و به شكل متخلخل درمي‌آيند. بنابراين لازم است تا اين رزين‌ها در خلأ تركيب شده و داخل قالب ريخته شوند و در نهايت براي خشك شدن مي‌بايست در دماي پخت قرار گيرند.

در حال حاضر، دسته كاملي از پلاستيك‌ها و رزين‌ها براي ريخته‌گري در خلأ موجود و در دسترس است تا پاسخگوي نيازهاي توليدكنندگان باشد. در ادامه تعدادي از اين خواص ارائه شده است.

· لاستيك‌هاي نرم قابل انعطاف يا پلاستيك‌هاي سخت

· لاستيك‌ها و رزين‌هاي شفاف با قابليت عبور نور

· مواد قابل استفاده براي ظروف غذايي

· مواد با قابليت ضربه‌پذيري بالا و مقاوم در برابر فرسودگي و فرسايش

· دسته‌اي از مواد با خواصي شبيه‌ ترموپلاستيك‌ها مانند: TPR، PP، ABS، PMMA، TPE پلي‌كربنات و بعضي ديگر از خواص مورد نياز.

· رزين‌هايي با قابليت پشت‌سرگذاري تست‌هاي اشتعال UL 94 V/0.

مراحل كار

با ظهور تكنيك‌هاي نمونه‌سازي سريع مدل‌هاي اصلي اغلب توسط روش‌هاي نويني نظير: FDM, SLA, SLS و به روش CAD/CAM و دستگاه CNC كه رايج‌ترين شيوه براي توليد و يا ساخت مدل‌هاي مرجع با دقت بالا به شمار مي‌آيند ساخته و توليد مي‌شوند.

در روش RTV از سيليكون رابرهاي مات يا شفاف كه ماده‌اي پرمصرف و نسبتا گران قيمت است استفاده مي‌شود كه با پركردن اطراف مدل اصلي مي‌توان به قالب آن قطعه دست يافت. معمولا روش قالب‌گيري اين دو نوع سيليكون كمي متفاوت است. فرايند ساخت قالب مي‌تواند طي يك و يا دو مرحله انجام شود.

در اينجا به صورت مختصر با مراحل اين شيوه ابزارسازي با سيليكون شفاف و ريخته‌گري در خلأ با رزين‌هاي پلي‌اورتان آشنا مي‌شويد.

1. اولين مرحله ساخت الگوي مرجع با استفاده از روش‌هاي نمونه‌سازي سريع نظير: FDM, SLA, SLS و يا با دستگاه‌هاي CNC و غيره مي‌باشد.

2. خط‌هاي جدايشي توسط چسب‌هاي نواري با ضخامت كم بر روي الگو تعيين مي‌شود. سپس الگو در جعبه‌اي چوبي يا پلاستيكي راهگاه‌گذاري شده و به صورت معلق نگه داشته مي‌شود.

3. سيليكون با جزء سخت‌كننده تركيب شده و بعد از هواگيري داخل جعبه ريخته مي‌شود.

4. قالب در دماي محيط 24 ساعته خشك مي‌شود و براي تسريع در فرايند خشك شدن مي‌توان قالب را در كوره 40 درجه به مدت شش ساعت و 60 درجه به مدت دو ساعت قرار داد تا كاملا خشك شود.

5. با برش سيليكون مدل اصلي از داخل قالب بيرون كشيده مي‌شود.

6. وزن مورد نياز رزين پلي‌اورتان اندازه‌گيري شده و احيانا رنگ مورد نياز به تركيب آن اضافه مي‌شود. سپس قالب، آب‌بندي و بسته مي‌شود.

7. به وسيله تجهيزات كنترلي و رايانه‌اي رزين در داخل محفظه خلأ تركيب و هواگيري شده و داخل قالب ريخته مي‌شود.

8. بعد از ريخته‌گري رزين، قالب از دستگاه خارج مي‌شود و با توجه به نوع رزين براي پخت به مدت چهل دقيقه تا دو ساعت در كوره قرار مي‌گيرد.

9. بعد از سخت شدن، قطعه ريخته‌گري شده از داخل قالب بيرون آورده مي‌شود. خروجي‌هاي هوا و راهگاه ورود رزين قطعه بريده شده و در صورت لزوم مي‌توان قطعات را با رنگ‌بندي توليد كرد و يا در صورت نياز مي‌توان قطعات را بعد از ساخت با پوشش‌هاي مختلف رنگ‌آميزي يا كرم‌كاري كرد تا به قطعه‌اي شبيه مدل اصلي دست يافت.

روش RTV- VACUUM CASTING

مزاياي روش RTV

· به علت نرم بودن قالب امكان تهيه ابزار توسط مدل‌هايي با پيچيدگي‌ها و ظرايف زياد فراهم مي‌شود.

· سرعت نسبي زياد فرايند

· مناسب براي توليد قطعات با تعداد كم

· امكان استفاده از رزين‌هاي مختلف براي دستيابي به جنس مشابه مدل مورد نظر

منعطف بودن سيليكون رابر باعث مي‌شود كه پس از ساخت قالب بتوانيم حتي از مدل‌هايي كه بنا به دلايلي در مرحله طراحي، نقص فني دارند و يا داراي زاويه منفي كمي هستند قطعه بگيريم تا پس از بررسي به اصلاح طراحي قطعه بپردازيم.

معايب روش RTV

· به طور كلي، قيمت هر قطعه با توجه به قيمت مواد و كار لازم براي ساخت قالب زياد است.

· عمر قالب نسبتا كم است.

· زمان چرخه توليد هر قطعه نسبتا زياد است

· خواص قطعات توليدي از جنس پلي اورتان با مواد ترموپلاستيك توليدي به روش‌هاي متداول متفاوت است.

· ايجاد بافت بر روي قالب امكان‌پذير نيست.

RTV: Room Temperoture Vulcanising

منابع:

1. www.moldmakingtechnology.com

2. www.mcp-group.de

3. www.vistatek.com

4. كتاب نمونه‌سازي و ابزارسازي سريع، دكتر عبدالرضا سيم‌چي، مهندس اميرحسين توكلي.

5. كتاب فناوري نمونه‌سازي سريع، دكتر صادق رحمتي، مهندس مجتبي سليمي، مهندس محمد ايدارژاله.

[1]. Master Model

در فرايند توليد توپي چرخ؛ احتمال ايجاد ترك در مركز و مغز قطعه وجود دارد. عوامل احتمالي تاثيرگذار عبارتند از: درجه حرارت، كرنش پلاستيك موثر، تناژپرس، اصطكاك و غيره. در اين تحقيق، تاثير اين عوامل بر قطعه به كمك نرم‌افزار Super forge مورد بررسي قر ار گرفته است. براي رفع اين عيب از چهار روش استفاده شد. روش اول: طول قطعه خام با آپست كردن از 135 به 90 ميلي‌متر كاهش پيدا كرد. روش دوم: طول قطعه خام با آپست كردن از 135 به 80 ميلي‌متر كاهش پيدا كرد. روش سوم: قطر قطعه خام از 60 به 70 ميلي‌متر و طول آن از 135 به 100 ميلي‌متر (بدون آپست شدن) تغيير داده شد. روش چهارم: اضافه كردن يك مرحله پيش‌فرم در قالب قطعه و كاهش طول با آپست كردن قطعه خام از 135 به 80 ميلي‌متر بود. نتايج به‌دست آمده نشان داده‌اند كه با بالا رفتن درجه حرارت تناژ پرس كاهش يافته و كرنش پلاستيك موثر افزايش مي‌يابد. همچنين با بالا رفتن ضريب اصطكاك تناژپرس افزايش مي‌يابد.

امروزه طراحي قالب‌هاي آهنگري با ديد بهبود خواص مكانيكي قطعات آهنگري شده، افزايش عمر قالب، كاهش در هزينه‌ها، صرفه‌جويي در مواد اوليه موردنياز، كاهش ميزان ماشين‌كاري موردنياز، بهبود رفتار خستگي قطعه آهنگري شده حين كار، انتخاب صحيح نوع پرس، انتخاب صحيح دما و غيره صورت مي‌گيرد. بديهي است علاوه بر تمهيداتي كه در طراحي قالب‌هاي آهنگري اعمال مي‌شود، استفاده از نرم‌افزارهاي شبيه‌ساز طراحي قالب‌هاي آهنگري نيز مي‌تواند علاوه بر بهبودسازي فرايند، در مواردي براي جلوگيري از آسيب در قطعه آهنگري شده و يا خسارت و حتي شكست در قالب‌هاي آهنگري پيش‌بيني‌هاي لازم را انجام داد. در هر حال، تلفيق نرم‌افزارهاي شبيه‌ساز با به‌كارگيري عوامل موثر متناسب با شرايط علمي، مي‌تواند ما را در رسيدن به نتيجه‌اي قابل قبول و نزديك به واقعيت در زمينه صنعت ياري كرده و در عين حال، از بسياري خسارات ناشي از پيش‌بيني غيرصحيح پيشگيري كند. از نظر پايه‌اي، طراحي قالب‌هاي آهنگري با مباحث مكانيكي و متالوژيكي درگير بوده و همچنين در آناليز توليد و هزينه نيز با آن رقابت دارد. بدون شك، استفاده از تحليل‌هاي نرم‌افزاري در عرصه آهنگري نيز باعث شده است تا نه تنها افق‌هاي جديدي به روي اهل فن گشوده شود بلكه تجربه بالا در اين زمينه، جاي خود را به دانش و تحليل‌هاي نرم‌افزاري دهد.

هدف تحقيق

شكل 1 نمونه‌اي از يك قطعه آهنگري شده توپي چرخ 405 است. فرايند آهنگري اين قطعه در چهار مرحله ذيل انجام مي‌شود:

1. چاق‌كن[1]

2. قالب پيش‌فرم[2]

3. قالب نهايي[3]

4. قالب تريم[4]

مهمترين مرحله اين فرايند، مرحله پيش‌فرم است كه در اين تحقيق، بررسي عمده در زمينه فرايند ياد شده صورت گرفته است. عيب به‌وجود آمده به صورت ترك داخلي در مركز و مغز قطعه در شكل 2 در حالت برش خورده نشان داده شده است. اين عيب، در نمونه شبيه‌سازي شده آن در شكل 3، از سطح قطعه كار ناحيه معيوب شروع شده و تا مغز قطعه ادامه پيدا كرده است. براساس تحليل، مقدار تنش اين عيب بيش از تنش مجاز بوده و در اين قسمت ترك ايجاد شده است. مقدار عددي كرنش پلاستيك موثر قطعه موردتاييد، مي‌بايستي كمتر از 1 باشد، اما در شكل فوق، مقدار عددي منطقه معيوب 357/1 است كه موردتاييد نمي‌باشد. هدف از اين تحقيق، برطرف كردن عيب ياد شده در قطعه آهنگري شده است.

شكل 1: توپي چرخ 405

شكل 2: توپي چرخ معيوب در حالت برش خورده

شكل 3: كرنش پلاستيك موثر در قطعه معيوب

مواد و روش‌ها

قطعه موردنظر، داراي استانداردي فرانسوي با نام 46 cr 13 X است. عناصر آلياژي و تركيبات آن در جدول شماره 1 كاملاً مشخص شده است. ابتدا براي شروع رفع عيب اين قطعه، بايد خواص مكانيكي، فيزيكي ماده را پيدا كرده كه اين خواص از كتاب كليد فولاد استخراج شد.

استاندارد موردنظر يك استاندارد فرانسوي است. در اين استاندارد خواص فيزيكي، مكانيكي ماده ذكر نشده است. همانند جدول 1 بايد آن را به استاندارد DIN آلمان تبديل كرده و خواص موردنظر را از اين استاندارد به دست آورد. همانطور كه مشخص است، نام استاندارد آلماني معادل اين ماده DIN 1.4034 است. در اين آزمايشات از پرس نوع لنگ استفاده شده است.

جدول 1: مشخصات قطعه

طراحي آزمايش‌ها

روش اول

اين روش، تقريبا مشابه روش توليد قطعه معيوب است. در توليد قطعه معيوب از دو قالب پيش‌فرم و نهايي استفاده شده است. يعني قطعه خام با قطر 60 ميلي‌متر از يك ميلگرد بلند به طول 130 ميلي‌متر جدا شده و در دماي 120 درجه سانتي‌گراد، حرارت داده مي‌شود. سپس در يك قالب پيش‌فرم قرار داده شده و با يك پرس 600 تن قطعه خام آهنگري مي‌شود. اين عمليات در شكل 4 مشخص شده است.

شكل 4: قالب پيش‌فرم و قالب نهايي

براي رفع عيب به‌وجود آمده در مركز و مغز قطعه كار، مرحله setting Up به مراحل آهنگري اضافه شد. يعني، طول قطعه خام ابتدا در مرحله Up setting از 135 ميلي‌متر به 90 ميلي‌متر كاهش پيدا كرده و در نتيجه قطر قطعه افزايش يافت. سپس، قطعه خام در قالب پيش‌فرم، آهنگري شد. مراحل كار در شكل‌هاي 5 و 6 مشخص شده است.

شكل 5: قالب Up setting

شكل6: قالب پيش فرم

ب- روش دوم

اين روش مشابه روش اول است با اين تفاوت كه در مرحله Up setting، تغيير ارتفاع بيشتري نسبت به روش اول مشاهده شد. ارتفاع قطعه خام از 135 به 80 ميلي‌متر كاهش پيدا كرد.

شكل 7: كرنش پلاستيك موثر در روش اول

شكل8: كرنش پلاستيك موثر در روش دوم

با مقايسه دو شكل 7 و 8، نتيجه گرفته مي‌شود كه هر چه طول قطعه خام در مرحله Up setting كمتر و قطر آن افزايش پيدا كند. قطعه به‌دست آمده مطلوب‌تر و بي‌عيب‌تر مي‌شود. البته، مقدارUp set كردن بايد به اندازه ايده‌آل باشد نه بيش از حد لازم. اگر قطعه بيش از حد Up set شود، تا رسيدن به شكل پيش‌فرم (از نظر جريان مواد) سخت مي‌شود و تناژ پرس نيز به علت افزايش سطح مقطع قطعه خام پس از Up set افزايش يافته و باعث افزايش استهلاك و هزينه‌هاي بيشتر مي‌شود.

پ-روش سوم

در اين روش، ابعاد قطعه خام تغيير داده شد. قطر اوليه قطعه خام از 60 ميلي‌متر به 70 ميلي‌متر تبديل شد. از آنجا كه حجم قطعه خام نبايد تغيير يابد، طول قطعه خام كاهش پيدا كرده و در اين روش، طول قطعه كار به 100 ميلي‌متر تقليل يافت. همچنين، ديگر نيازي به عمليات Up setting نيست. قطعه خام را پس از بريدن، تا دماي 1100 درجه سانتي‌گراد حرارت داده، بدون اينكه عمليات Up set قطعه خام انجام شود، مستقيما در داخل قالب پيش‌فرم قرار داده شده و آهنگري شد. شكل 9، كرنش پلاستيك موثر قطعه را با اين روش نشان مي‌دهد.

شكل9: كرنش پلاستيك موثر

ت- روش چهارم

اين روش با سه روش پيش گفته تفاوت دارد. در اين روش، ابتدا قطعه تا 80 ميلي‌متر Upset شده، سپس، 90 درجه چرخانده شده (خلاف جهت الياف) در قالب پيش‌فرم آهنگري مي‌شود.

در اين مرحله، نبايد مازاد مواد (فلش) وجود داشته باشد زيرا در مرحله بعد، باعث به‌وجود آمدن ناحيه Over lab مي‌شود. پس از آن، قطعه دوباره 90 درجه چرخانده شده و به حالت اول در آمده و در قالب پيش‌فرم دوم گذاشته مي‌شود و شكل پيش‌فرم نهايي به قطعه داده مي‌شود. تمامي مراحل آهنگري اين روش در شكل‌هاي 10 تا 12 نشان داده شده است.

شكل 10: قالب Up setting

شكل 11: قالب پيش‌فرم اول

شكل 12: قالب پيش‌فرم دوم

در شكل 13 كرنش پلاستيك موثر قطعه با روش چهارم نشان داده شده است.

شكل 13: كرنش پلاستيك موثر

مقايسه روش‌هاي پيشنهادي

براي انجام اين كار بايد كانتورهاي (EPS) در جه حرارت و دياگرام Z Force (مقدار تناژ موردنياز براي آهنگري قطعه) هر كدام از روش‌ها را با هم مقايسه كرده و هزينه‌هاي لازم براي ساخت قالب و سرعت توليد هر روش را در مقايسه با هم سنجيد تا بتوان بهترين، سريع‌ترين، بي‌عيب‌ترين و ايده‌آل‌ترين روش براي توليد قطعه را انتخاب كنيم.

ابتدا كرنش پلاستيك موثر هر يك از روش‌ها با هم مقايسه شد. شكل 14 روش‌هاي آزمايش شده را نشان مي‌دهد.

شكل 14: مقايسه كرنش پلاستيك موثر در چهار روش پيشنهادي

مقدار كرنش پلاستيك موثر قطعه موردنظر در روش اول 805/0، در روش دوم 552/0، در روش سوم 98/0 در روش چهارم 345/0 است. با مقايسه اعداد، نتيجه گرفته شد كمترين ميزان كرنش پلاستيك موثر (EPS) در روش چهارم است. اين اعداد به ما مي‌گويند هر چه ميزان ارتفاع قطعه قبل از پيش‌فرم نهايي، كمتر از بقيه باشد، مقدار كرنش پلاستيك آن نيز كمتر از بقيه مي‌شود. ميزان ارتفاع قطعه خام قبل از پيش‌فرم نهايي در روش اول 90 ميلي‌متر و در روش دوم 80 ميلي‌متر و در روش سوم 100 ميلي‌متر و در روش چهارم 80 ميلي‌متر است. در روش چهارم، شكل قطعه خام قبل از پيش‌فرم نهايي، يك مرحله پيش‌فرم ابتدايي داشته و با اين كار، قطعه به پيش‌فرم نهايي نزديكتر شده و به همين دليل، هنگام آهنگري آن با قالب پيش‌فرم نهايي، قطعه خام راحت‌تر جريان پيدا كرده و بهتر از روش دوم كه قطعه خام فقط به‌صورت يك ميلگرد Up set بوده است، نتيجه مي‌دهد.

ميزان تنش حرارتي روش‌هاي مختلف در شكل 15 با هم مقايسه شده است.

شكل 15: مقايسه تنش‌هاي حرارتي در چهار روش پيشنهادي

ميزان تنش حرارتي به وجود آمده در روش اول 1.071E+2K، در روش دوم 9.788E+1K، در روش سوم 1.417E+3K و در روش چهارم 1.404E+3K است.

در اين مرحله، ميزان تناژ موردنياز براي آهنگري قطعه موردبررسي قرار گرفت. هر چه تناژ موردنياز براي آهنگري قطعه در روش‌هاي پيشنهادي كمتر باشد، همان روش مطلوب‌تر است زيرا هر چه تناژ موردنياز كمتر باشد، پرسي كه براي آهنگري قطعه نياز است، كوچكتر، ارزان‌تر و دسترسي به آن آسان‌تر است. همانطور كه در دياگرام‌هاي شكل 16 مشخص است، ميزان تناژ پرس در روش اول 1.902E+6N در روش دوم 1.949E+6N، در روش سوم 7.598E+5N و در روش چهارم 8.337E+5N است. منظور از ميزان تناژ پرس موردنياز، مقدار نيرويي است كه قطعه خام براي آهنگري شدن به آن نياز دارد.

كمترين تناژ پرس، در روش سوم ديده شد كه مقدار آن تقريبا 75 تن بوده و بيشترين تناژ پرس در روش دوم به دست آمد كه مقدار آن تقريبا 200 تن است.

شكل 16: دياگرام ميزان تناژپرس در چهار روش پيشنهادي

با اطلاعات كسب شده از EPS، Temperature، Z Force، مي‌توان بهترين و ايده‌آل‌ترين روش پيش‌فرم نهايي را انتخاب كرد.

نتيجه‌گيري

پس از انجام آزمايشات لازم، نتايج حاصل از سه عامل (EPS) درجه حرارت و تناژپرس، بررسي و تحليل شد. بهترين (EPS)، در روش چهارم با مقدار عددي 345/0 است و تناژ در اين روش تقريبا 85 تن است. اين مقدار تناژ براي آهنگري قطعه مطلوب است، اما از نظر تنش‌هاي حرارتي اين روش با مقدار عددي 1.404E+3K مناسب نيست. بعد از روش چهارم (EPSُ) در روش دوم، از بقيه ايده‌آل‌تر بوده و مقدار عددي آن 552/0 است. ملاحظه مي‌شود كه مقدار عددي روش دوم نسبت به روش چهارم فرق چنداني ندارد، اما در روش دوم تعداد مراحل پيش‌فرم كمتر است، بنابراين، هزينه‌هاي توليد كم و سرعت توليد بيشتر مي‌شود. از نظر تنش‌هاي حرارتي روش دوم با مقدار 3.671E+1K بهترين روش است، اما تناژ پرس در روش دوم با مقدار عددي 200 تن براي آهنگري قطعه زياد است.

(EPS) در روش اول با مقدار عددي 805/0 بسيار مطلوب است، اما از نظر تناژ پرس، با مقدار عددي 200 تن، مطلوب نيست. همچنين، از نظر تنش‌هاي حرارتي نيز در حد متوسط با مقدار 0.669 E+2K است.

در روش سوم، مقدار (EPS) از تمام روش‌هاي ياد شده بيشتر بوده و نسبت به ديگر روش‌ها از كيفيت پايين‌تري برخوردار است. همچنين مقدار عددي آن نيز 98/0 است، اما از نظر تناژ پرس با مقدار عددي 75 تن، بهترين و مناسب‌ترين تناژ براي آهنگري قطعه است. اين روش از نظر تنش حرارتي، بدترين حالت را بين روش‌هاي ياد شده دارد و مقدار عددي آن 1.405E+3K است. مهمترين عوامل براي انتخاب بهترين روش عبارتند از: سرعت بالا، مقاومت بالا در مقابل EPS و تنش‌هاي حرارتي.از نظر تناژپرس نيز چون فراهم كردن پرس 200 تني، هزينه چندان زيادي در مقايسه با پرس تناژ پايين‌تر ندارد، عيب بزرگي محسوب نمي‌شود.

بر طبق موارد گفته شده، ايده‌آل‌ترين روش براساس عوامل موردنظر، روش دوم است. اين نتايج در شكل‌هاي 17 و 18 مشخص شده است. شكل 17 نشان مي‌دهد كه به ازاي افزايش درجه حرارت قطعه كار، تناژپرس موردنياز كاهش مي‌يابد. شكل 18 نشان مي‌دهد كه افزايش درجه حرارت، باعث افزايش كرنش پلاستيك موثر مي‌شود.

شكل 17: بررسي تاثير درجه حرارت قطعه بر روي تناژپرس

شكل 18: بررسي تاثير درجه حرارت قطعه بر روي كرنش پلاستيك موثر

منابع:

1. ساعت‌چي، 1، «كتاب فولاد»، انتشارات اركان، تابستان 1375

2. Johnson, J.H., and kiepura, R.T., “Metal handbook ninth edition volum 14 forming and forging”, ASM international, 1993

3. Kiepura, R.T., and: lampman, H.F., “ASM Handbook volume 4 heat treating”, ASM international, 1991

4. SME., “Tool and manufacturing engineers handbook”, society of manufacturing engineers, 1998

[1].Up setting

[2]. Blocker die

[3]. Finisher die

[4]. Trim die

امروزه با توجه به كاربرد روزافزون قطعات پلاستيكي، جايگزيني اين قطعات با قطعاتي از جنس‌هاي ديگر و متنوع شدن شكل‌هاي ظاهري آنها، به‌كارگيري اصول علمي در طراحي اين قطعات، به منظور جلوگيري از طولاني شدن فرايند طراحي – ساخت و هزينه‌هاي قابل توجه اصلاح قالب، به امري اجتناب‌ناپذير تبديل شده است.

پديده Sink Mark در نتيجه Shrinkage مواد پلاستيك در فاز Cooling فرايند تزريق در قسمتي از قطعه اتفاق مي‌افتد كه مي بايستي با توجه به ضخامت عمومي قطعه ضخيم‌تر باشد.

در فاز سردسازي لايه خارجي قطعه كه مجاور سطح قالب است، سريع‌تر از لايه‌هاي داخلي سرد شده و شروع به انجماد مي‌كند. اين در حالي است كه لايه‌هاي داخلي كماكان حالت خميري دارند. لايه‌هاي داخلي در زمان سرد شدن و سپس انجماد، تمايل دارند كه لايه خارجي را به سمت داخل بكشند. اگر لايه خارجي به اندازه كافي جامد نشده باشد كه بتواند در برابر اين كشش مقاومت كند، به سمت داخل قطعه متمايل شده و به شكل فرورفتگي در سطح خارجي قطعه، نمايان مي‌شود. اين پديده را Sink Mark مي‌گويند. اگر لايه خارجي به حدي جامد شده باشد كه از توانايي مقاومت در برابر كشش لايه‌هاي داخلي برخوردار شود، زير سطح لايه خارجي حفره‌اي ايجاد مي‌شود كه به عنوان پديده Void در قطعات پلاستيك معرفي مي‌شود. (شرح بيشتر اين پديده خارج از مجال مقاله است).

Sink Mark گرچه گاهي در ابعادي كوچك در سطح قطعات ظاهر مي‌شود، اما در مقايسه با سطوح يكنواخت كناري يا زماني كه سطح قطعه آبكاري مي‌شود، كاملا مشخص خواهد بود.

گفتني است كه Sink Mark برخلاف برخي Defect‌هاي ديگر قطعات پلاستيك، تاثيري در مقاومت مكانيكي و كارايي قطعه ندارد و تنها ظاهر قطعه را با مشكل مواجه مي‌كند. اين امر در قطعات ظاهري نظير: سپر، داشبورد، كنسول و ... خودرو قابل پذيرش نيست.

عمده دلايل بروز Sink Mark

1. مقاطعي از قطعه با ضخامت بيشتر از ضخامت عمومي قطعه

2. Rib‌ها، Boss‌ها و R‌هاي داخلي (البته اگر اصول طراحي در آنها لحاظ نشده باشد)

3. كم بودن حجم مواد تزريق شده به داخل قالب

4. كم بودن زمان فاز Packing فرايند تزريق

5. كم بودن زمان يا فشار تزريق

6. كم بودن زمان فاز سردسازي

راهكارهاي رفع Sink Mark

1. تغيير در طراحي نمايه‌هاي مستعد بروز Sink Mark (Rib‌ها، Boss‌ها و R‌هاي داخلي)

2. تغيير محل Gate‌ها

3. بهينه‌سازي سيستم Runner‌ها

4. تغيير مواد (در صورت امكان)

5. بالا بردن فشار و زمان تزريق

6. طولاني‌تر كردن زمان تزريق

اصول طراحي Rib‌ها و Boss‌ها

اصول عمومي طراحي قطعات پلاستيك

آناليز SINK MARK

قطعه كنسول خودرو

با انجام تنظيمات مربوط به خواص مواد در نرم‌افزار MOLD FLOW فرايند تزريق و شرايط خنك‌كاري، مي‌توان فرايند تزريق را كاملا شبيه‌سازي كرد و DEFECT‌هاي قطعات پلاستيك مانند: SINK MARK, WARPAGE, WELD LINE و ... را بررسي كرد.

همانطور كه در تصوير مشاهده مي‌كنيد، براي قطعاتي پيچيده نظير كنسول، انجام تحليل فرايند تزريق توسط نرم‌افزار Mold flow قبل از ساخت قالب امكان پيش‌بيني مواردي متعدد را فراهم مي‌آورد. مناطق مستعد براي بروز Sink Mark را مي‌توان پيش‌بيني كرد و با استفاده از راهكارهاي بيان شده و انجام تحليل‌هاي مجدد، امكان رفع عيوب و در نهايت ساخت قالب با ريسك كمتر و رسيدن به قطعه سالم‌تر را فراهم ساخت.

در بررسي SINK MARK بايد توجه داشت كه نتايج اين تحليل تنها بعد از انجام تحليل سردسازي قابل بررسي است زيرا پديده SINK MARK در فاز سردسازي اتفاق مي‌افتد.

منابع:

1. Mold flow Design Guide-JAY SHOEMAKER- HANSER

2. www.protomold.com Design Guidelines

با توجه به اهميت روزافزون استفاده از نانو تكنولوژي در صنايع خودرو، تقريبا تمامي خودروسازان مطرح دنيا فعاليت خود را در اين زمينه طي سال‌هاي اخير تسريع كرده‌اند. براي مثال، حتي قبل از اينكه واژه نانوتكنولوژي پديد آيد، در اوايل دهه 80 از دوده به عنوان نوعي نانو ماده به صورت گسترده در صنايع تايرسازي استفاده مي‌شد. مرسدس بنز، به عنوان اولين استفاده‌كننده رنگ‌هاي برپايه نانو، ديگر خودروسازان را از مزاياي استفاده از اين تكنولوژي آگاه ساخت. رنگ‌هاي بر پايه نانو، هم در برابر خراشيدگي مقاوم بوده و هم از لحاظ ظاهري نسبت به رنگ‌هاي معمول، از كيفيت بالاتري برخوردارند.

طراحي و توليد خودروهاي سبك، كاميون‌ها و اتوبوس‌ها تا ده سال آينده، به ميزان 60 درصد تحت تاثير فناوري نانو و زير شاخه‌هاي آن قرار خواهند گرفت. براي مثال انتقال انرژي پيشرفته، كاربرد انرژي‌هاي نوين، كاهش وزن خودرو، افزايش كاركرد مواد، افزايش ميزان آسايش و نرمش، افزايش بهره‌وري در برابر هزينه تمام شده از جمله مزاياي قابل تعريف براي صنعت خودرو است. تقريباً تمام اجزاي اين صنعت را مي‌توان توسط فناوري نانو بهبود بخشيد. شكل 1، موارد قابل بهبود با نانوفناوري را در يك خودرو نشان مي‌دهند.

صنعت خودرو مي‌تواند از نانو مواد در زمينه‌هاي ذيل بهره جويد:

- قسمت‌هاي شاسي و بدنه

- موتور و سيستم‌هاي انتقال نيرو

- رنگ و پوشش

- روغن و روان‌كننده

- سيستم سوخت‌رساني

- صنعت لاستيك و تايرسازي

- ايمن خودرو

شاسي و بدنه

استفاده از نانو كامپوزيت‌ها در اين بخش مزاياي عمده ذيل را در پي دارد:

- كاهش ميزان فيلر مصرفي در نانو كامپوزيت‌ها موجب كاهش وزن و به تبع آن موجب كاهش مصرف سوخت مي‌شود.

- عبوردهي نور براي نانوكامپوزيت در همان حد پليمر خالص باقي مي‌ماند.

- Nanoclay‌ها به عنوان بازدارنده اشتغال غيرهالوژنه، در صنايع خودرو كاربرد دارند. تحقيقات نشان داده است كه افزودن تنها 5 درصد از اين ذرات، تا 63 درصد از اشتعال‌پذيري نايلون 6 را كاهش مي‌دهد.

- استفاده از ذرات نانو به عنوان افزودني‌هاي الكتريسيته به مواد اوليه پليمري در قطعات حساس و در تماس با سوخت (مانند گلويي باك خودروها) مي‌تواند باعث ايجاد خاصيت ضدالكتريسيته ساكن (ESD) در اين قطعات شود.

- بهبود فرايندپذيري نيز يكي از نتايج استفاده از نانوفيلرهاست. به عنوان نمونه، شركت Alliedsignal نانو كامپوزيت‌هايي بر پايه نايلون را به بازار روانه كرده كه با لزجت بالا قابليت blow molding را دارند.

لذا، امروزه تلاش‌هايي گسترده براي استفاده از اين مواد در قطعات شاسي، بدنه و قطعات تزئيني داخل و خارج خودروها، در حال انجام است. هم‌اكنون در شركت ساپكو پروژه‌هاي تحقيقاتي استفاده از ذرات نانو در ABS توليد داخل كشور براي ايجاد مقاومت حرارتي بالا، استفاده از صفحات نانومتري در جداره باك خودروها براي كاهش نشر بخارات بنزين و استفاده از مقادير بسيار كم نانوكلي به جاي الياف شيشه در كامپوزيت‌هاي پليمري، در حال بررسي و انجام است.

برخي شركت‌هاي فعال دراين زمينه عبارتند از:

- General motors

- Toyota

- GE plastics

- Bayer AG

- Blackhawak Automotive Plastic Incorporated

- Nanocor Inc

رنگ و پوشش

تكنولوژي نانو داراي پتانسيل بالايي براي كاربرد در پوشش هاست، بعنوان نمونه مي‌توان به توليد سطوح با خواص خودپاك‌شونده اشاره كرد كه با اثرLotus توجيه مي‌شوند. ساقه‌هاي lotus به صورت طبيعي داراي سطحي آبگريز هستند و قطرات آب از روي سطوح الياف آن سر مي‌خورند، بعلاوه قطرات آب ذرات گرد و غبار را با خود شسته و به پايين مي­آورند.

براي برطرف كردن اثر عوامل محيطي همچون باران، برف، نمك، اسيد، رسوب، طيف فرابنفش و رطوبت كه سطح را در معرض تخريب، خراشيده شدن و لب‌پريدگي قرار مي‌دهند، استفاده از تكنولوژي نانو مفيد خواهد بود. مواردي از كاربردها و ويژگي‌هاي پوشش‌دهي در مقياس نانو عبارتند از:

- سطوح خود تميزشونده

- رنگ‌هايي برپايه نانوتيوب كربن

- سطوح ضدباكتري

- لايه‌هاي فوتوكروميك و الكتروكروميك (خواص تغيير رنگ دلخواه شيشه‌ها)

- توليد قطعات خارجي خودرو از پليمرهاي رسانا با استفاده از نانو تيوب كربن كه داراي قابليت رنگ‌آميزي الكترواستاتيك هستند.

- پوليش‌هاي شيمي- مكانيكي براي سمباده كاري در پايان كار

- لايه‌گذاري رنگين‌كماني

يكي از جديدترين موارد استفاده از نانوتكنولوژي، در شيشه جلوي خودروهاست. شركت پرسنتا يوروپ، بتازگي با استفاده از فناوري نانو اقدام به ساخت پوشش جديدي براي شيشه خودرو كرده است. اين روكش باعث مي‌شود ذرات آب و روغن بسادگي از سطح شيشه پاك شده و از نشستن ذرات خارجي بر سطح جلوگيري مي‌كند. بنابراين، مواردي نظير: يخ، گرد و غبار، حشرات و ... بسادگي از روي شيشه زدوده مي‌شوند. همچنين، نياز به برف‌پاكن‌هايي با سرعت بالا از بين رفته و با ايجاد ديد شفاف به خصوص در هنگام شب، رانندگي را بسيار راحت‌تر مي‌سازد.

بايد توجه كنيد كه اين ماده، لايه‌اي نيست كه بر سطوح كشيده شود بلكه نوعي، تغيير شيميايي در سطح مولكولي است كه از آلوده شدن سطوح جلوگيري مي‌كند. اين تركيب آبگريز، اجازه نمي‌دهد آب يا هر ذره ديگري بر سطح شيشه يا كروم بنشيند. اين ماده بسيار نازك و شفاف است و اصلا قابل مشاهده به وسيله چشم نيست و در نتيجه، سطوح شفاف مانند شيشه‌ها و لنزهاي دوربين نيز به وسيله آن براحتي محافظت مي‌شوند.

اگر به وسيله ميكروسكوپ به سطح شيشه نگاه كنيم، مي‌بينيم كه سطوح شيشه‌اي كاملاً صاف نيستند. بنابراين وقتي كه آب و يا هر نوع آلودگي روي آنها بريزد. براحتي مي‌چسبد. شيشه‌هايي كه با استفاده از فناوري نانو ساخته مي‌شوند، اجازه مي‌دهند كه آلودگي‌ها با آب تركيب شوند و به اين وسيله بدون دخالت هيچ ماده ديگر، از روي شيشه سر بخورند. همچنين، اين مواد به وسيله آب، مواد پاك‌كننده و يا فشار فيزيكي از سطح شيشه جدا نمي‌شوند.

هدف اصلي اين تكنولوژي، كاهش آلودگي‌هاي زيست‌محيطي، جلوگيري از اتلاف انرژي و افزايش مقاومت در برابر خوردگي است. يكي از انواع پوشش‌هاي نانوتكنولوژي «نانو ذرات طلا» است و از موارد مهم استفاده از اين پوشش‌هاي نانو تكنولوژي در صنعت «خودروسازي» است. با پوشش دادن بدنه خودرو به وسيله نانو ذرات طلا، مي‌توان جلاي بدنه خودرو را دوام بخشيد. اين خاصيت، باعث مي‌شود تا ناحيه روشن به دليل بازتاب نور از ذرات آلومينيم، قرمز روشن ديده شود و چون در ناحيه سايه تقريبا بازتاب نداريم، به همين دليل تيره رنگ به نظر مي‌رسد. با كمك اين فناوري در نانو تكنولوژي، نواحي زاويه‌دار بدنه خودرو، مدور به نظر مي‌رسند. ضخامت اين تركيب نانو حدود 10 تا 30 نانومتر است.

توليد رنگ نانو در مرسدس بنز

فناوري توليد رنگ اصلاح شده با نانوتكنولوژي در سال 2003 در مرسدس بنز به ثمر رسيد و تغييرات عمده‌اي در كلاس c مرسدس بنز در سال 2005 ايجاد كرد، اما تغييراتي كه تماشاچيان معمولي، متوجه آن نمي‌شوند.

فناوري نانو در رنگ‌كاري جديد، مرزها را شكسته و نويد ويژگي‌هاي منحصربفردي را مي‌دهد. لاك تميزكننده جديد كه با دستگاه از فناوري نانو توليد شده، باعث مي‌شود تا رنگ خودرو بسيار ضدخراش‌تر از رنگ‌هاي قديمي شود. اين تكنولوژي جديد، كيفيت درازمدت را افزايش داده و ارزش خودروهاي سواري دست دوم را حفظ مي‌كند. لاك‌تميزكننده حاوي ذرات ميكروسكوپي و كوچك سراميك بوده كه در كوره رنگ‌پزي سخت شده و يك شبكه در هم تنيده و مشبك را ايجاد مي‌كنند. در نتيجه، از رنگ در برابر خراش (كه مثلاً ممكن است در ماشين‌شويي مكانيكي ايجاد شود) بسيار موثرتر محافظت مي‌شود.

نمونه با رنگ معمولي (سمت راست) و نمونه با پوشش نانو (سمت چپ) پس از انجام تست يكي از ديگر پيشرفت‌هاي صورت گرفته كه به كابوس كارواش‌ها تبديل خواهد شد، در زمينه رنگ‌هاي خودمحافظ است. با توسعه و توليد «رنگ‌هاي خودمحافظ» و فناوري پلي‌پلكسين تي 11[1]، صاحبان خودرو ديگر به شست‌وشو و رنگ كردن دوباره آن نيازي ندارند.

اين رنگ‌ها، در برابر آثار مخرب پرتو فرابنفش و نمك‌ها، مقاوم هستند، به طوري كه با به‌كارگيري آنها ديگر نيازي به شست‌وشوي خودرو يا رنگ مجدد نيست. فناوري نانو بدون شك تاثيرات زيادي را در توليد شوينده‌هاي شيميايي و رنگ‌هاي خودرو داشته است. استفاده از اين رنگ‌ها مي‌تواند مخالفت‌هاي زيادي را از سوي كارواش‌ها به همراه داشته باشد زيرا ديگر كسي براي شست‌وشوي خودرو به كارواش‌ها مراجعه نخواهد كرد و آنها بايد به دنبال كسب و كاري ديگر باشند.

شركت‌هاي تحقيقاتي ديگر هم بيكار نبوده و نانوتكنولوژي در صنعت رنگ خودرو وارد كرده‌اند. شركت Eurochem Auto Chemicals آخرين توسعه خود در زمينه محافظ رنگ خودرو را اعلام كرده است. سيستم بسيار پيشرفته فناوري نانوي P.T.F.E Polyglasplexin راه‌حل منحصر بفردي براي دفع دوده جاده، آلودگي، اسيد حشرات، فضله پرندگان، مواد راديواكتيو جوي و بدتر از همه، تمام نور ماوراي بنفشي است كه باعث مي‌شوند، رنگ خودرو به تدريج از بين برود. چنين سيستمي قبلا هرگز در صنعت خودرو وجود نداشته و اين شركت مطمئن است كه محصولي بسيار ضروري براي شبكه بازار و فروشندگان خودرو، تهيه كرده است.

متخصصان كارخانه خودروسازي Stefan Langenfeld نيز در حال ساخت رنگي سحرآميز هستند كه سطحي بسيار لغزنده دارد تا حدي كه گرد و غبار نمي‌تواند به آن بچسبد. اين كارخانه اعلام كرده است كه هدف بعدي، توليد رنگي خودترميم است كه خراش‌هاي به وجود آمده را ترميم و برطرف مي‌كند. حتي فراتر رفته و هدف نهايي را توليد رنگ‌هاي خودرويي قرار داده است كه مي‌توانند رنگ خود را عوض كنند.

از مواردي كه كارخانه Volkswagen نيز در مورد آن كار مي‌كند، توليد شيشه‌هايي است كه بتوانند در تابستان حرارت درون خودرو را به بيرون انتقال داده و از تبديل شدن خودروهاي پارك شده به كوره يا بخاري جلوگيري كنند! آينه عقب ساخت اين كارخانه داراي نانو موادي است كه باعث مي‌شود وقتي نور چراغ جلوي خودروي پشت سر به آينه برخورد كند، به طور اتوماتيك تاريك شود.

روغن و روان‌كننده

استفاده از تكنولوژي نانو در روان‌كننده‌ها موجب كاهش چشمگير اصطكاك سطوح در تماس با هم مي‌شود. آمارها، حاكي هستند كه تنها 15 درصد از انرژي حاصل از احتراق، به نيروي پيشران تبديل مي‌شود و مابقي صرف غلبه بر اصطكاك قطعات مي‌شود. در اين روش، با افزودن اين نوع روان‌كننده‌ها به سوخت و ايجاد پوششي با ابعاد نانومتري در جداره داخلي سيلندر، ضريب اصطكاك مابين سطوح، كاهش مي‌يابد. حتي با استفاده از نانو ذرات در سيالات كاربردي در خودرو، مي‌توان توان مورد نياز براي پمپاژ آنها را كاهش داد كه همين امر تا حد زيادي در كاهش اتلاف انرژي موثر است.[2]

برخي شركت‌هاي فعال در اين زمينه عبارتند از:

- ARC Seibersdorf GmbH

- APNano materials Inc.

- Hatco Corp.

- IAVF antreibstechnic AG

سيستم سوخت‌رساني

عدم نفوذپذيري اجزاي مورداستفاده در سيستم سوخت‌رساني، موجب كاهش اتلاف سوخت به واسطه تبخير آن مي‌شود. امروزه اين قطعات را معمولاً، از فلوئورالاستومرها مي‌سازند: (به عنوان نمونه فلوئور الاستومر Viton محصول شركت Dupont). مطالعات اخير نشان داده است كه استفاده از نانوتيوب‌ها موجب كاهش اتلاف سوخت نرخ متوسط نفوذ مخلوطي از 85% بنزين به همراه 15% متانل (كسر حجمي) در دو نمونه تقويت‌شده با دوده و نانو تيوب بررسي شده است:

جدول 1

نكته مهم ديگر، پايداري ابعادي قطعه است. اورينگ‌ها و اتصالات در حين كاربرد تحت تنش، مي‌بايستي پايداري ابعادي قابل قبولي داشته باشند. در جدول 2، ميزان تورم قطعه وقتي در دماي اتاق براي 70 ساعت در معرض مخلوطي از 85% بنزين به همراه 15% متانل (كسر حجمي) قرار گيرد، مورد بررسي قرار گرفته است.

جدول 2

به عنوان امتيازي ديگر، رسانش اتصالات و اورينگ‌هاي برپايه نانوتيوب تحت تراكم افزايش مي‌يابد، دقيقاً برعكس دوده كه با شكست ساختار آن تحت تراكم، رسانايي قطعه كاهش مي‌يابد. علاوه بر موارد ياد شده، استفاده از نانوفيلرها موجب كاهش فيلر مصرفي و كاهش وزن قطعه مي‌شود كه با هدف كاهش وزن خودرو همسو است.

در جدول 3، تغيير در مقاومت تحت تنش بررسي شده است.

جدول 3

صنعت لاستيك و تايرسازي

در سال‌هاي آينده، صنعت لاستيك‌سازي با تأثيرپذيري از نانوتكنولوژي، بازدهي و كيفيت فراواني خواهد داشت. تحقيقات نشان مي‌دهند كه چهار ماده نانومتري ذيل كاربرد فراواني در صنعت لاستيك‌سازي دارند:

- اكسيد روي نانومتري

- نانو كربنات كلسيم

- الماس نانومتري

- ذرات نانومتري خاك‌رس

با افزودن اين مواد به تركيبات لاستيك، به دليل پيوندهايي كه در مقياس اتمي بين آنها و تركيبات لاستيك انجام مي‌شود، خواص فيزيكي آنها بهبود مي‌يابد. همچنين، مي‌توان به افزايش مقاومت سايشي، افزايش استحكام، بهبود خاصيت مكانيكي، افزايش حد پارگي و افزايش حد شكستگي اشاره كرد. زيبايي ظاهري لاستيك نيز از اين پديده تاثير مي‌پذيرد و باعث لطافت، همواري، صافي و ظرافت شكل ظاهري لاستيك مي‌شود.

كاربرد اكسيد روي نانومتري در لاستيك

مزاياي استفاده از اين فناوري را در صنعت لاستيك مي‌توان در مواردي نظير: كاهش هزينه‌ها، بازدهي بالا، ولكانيزاسيون بسيار سريع و هوشمند و دامنه دمايي گسترده، خلاصه كرد. اثرات سطحي و فعاليت‌ بالاي اكسيد روي نانومتري ناشي از اندازه بسيار كوچك، سطح موثر بسيار زياد و كشندگي خوب آن است. استفاده از اكسيد روي نانومتري در لاستيك، خواص آن را بهبود مي‌دهد. از جمله مي‌توان به زيبايي و ظرفيت‌بخشي، صافي و همواري شكل ظاهري، افزايش استحكام مكانيكي لاستيك، افزايش مقاومت سايشي (خاصيت ضداصطكاك و سايش)، پايداري دمايي بالا، طول عمر زياد و افزايش حد پارگي تركيبات لاستيك اشاره كرد. تمامي اين موارد به صورت تجربي ثابت شده‌اند.

كاربرد نانوكربنات كلسيم در لاستيك

استفاده از نانوكربنات كلسيم در صنايع لاستيك باعث بهبود كيفيت و خواص تركيبات لاستيك مي‌شود. از جمله مزاياي استفاده از نانوكربنات كلسيم مي‌توان به توانايي توليد در مقياس زياد، افزايش استحكام لاستيك، بهبود بخشيدن خواص مكانيكي (افزايش استحكام مكانيكي) و انعطاف‌پذير شدن تركيبات لاستيك اشاره كرد. نانوكربنات كلسيم علاوه بر بهبود خواص فيزيكي تركيبات لاستيك، در شكل ظاهري آن نيز تاثير مي‌گذارد و به آن زيبايي و ظرافت مي‌بخشد. اين امر در مرغوبيت كالا و بازار پسند بودن آن تاثيري بسزا دارد.

نانوكربنات كلسيم براي كسب مزاياي ذكر شده به لاستيك‌هاي طبيعي و مصنوعي نظير: NR، SBR، BR، EPDM SBS اضافه مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهند كه استحكام لاستيك، افزايش مي‌يابد. استحكام بخشي نانوكربنات كلسيم، بر اثر پيچيدگي فيزيكي ناشسي از پيوستگي در پليمرهاي آن و واكنش‌هاي شيميايي ناشي از سطح تعميم يافته آن است.

كاربرد ساختارهاي نانومتري الماس در لاستيك

الماس نانومتري، به طوري گسترده در كامپوزيت‌ها و از جمله مواد ضداصطكاك و مواد ليزكننده لاستيك به كار مي‌رود. ساختارهاي نانومتري الماس، به روش احتراق توليد مي‌شوند و داراي خواص برجسته ذيل هستند:

- ساختار كريستالي (بلوري)

- سطح شيميايي كاملاً ناپايدار

- شكل كاملا كروي

- ساختمان شيميايي بسيار محكم

- فعاليت جذب سطحي بسيار بالا

- در روسيه، از الماس نانومتري با درصدهاي مختلف، در لاستيك‌هاي طبيعي نظير: Poly Soprene Rubber و Fluorine Rubber استفاده مي‌شود. همچنين، از اين الماس براي ساخت لاستيك‌هاي مصرفي در صنعت نظير: لاستيك خودرو، لوله‌هاي انتقال آب و ... نيز استفاده مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهند كه با افزودن ساختارهاي نانومتري الماس به لاستيك‌ها، خواص آنها به شكلي قابل توجه بهبود مي‌يابد. موارد ذيل نمونه‌اي از اين بهبودها هستند:

- 4 تا 5 برابر شدن خاصيت انعطاف‌پذيري لاستيك

- افزايش 2 تا 5/2 برابري درجه استحكام

- افزايش حد شكستگي تا حدود 620 تا 700 كيلوگرم بر سانتي‌متر مربع

- 3 برابر شدن قدرت بريده شدن لاستيك

- افزايش خاصيت ضد پارگي لاستيك در دماي بالا و پايين

كاربرد ذرات نانومتري خاك رس در لاستيك

يكي از مواد نانومتري كه كاربردهاي تجاري گسترده در صنعت لاستيك پيدا كرده و شركت‌هاي بزرگ لاستيك‌سازي، به طور گسترده‌اي از آن در محصولات خود استفاده مي‌كنند، ذرات نانومتري خاك رس است. با افزودن اين ذرات به لاستيك، خواص آن به طور قابل ملاحظه‌اي بهبود مي‌يابد كه به عنوان نمونه مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

- افزايش مقاومت لاستيك در برابر سايش

- افزايش استحكام مكانيكي

- افزايش مقاومت گرمايي

- كاهش قابليت اشتعال

- بهبود اعوجاج گرمايي

با اضافه كردن اين مواد به تركيبات لاستيك، به دليل پيوندهايي كه در مقياس اتمي بين اين مواد و تركيبات لاستيك صورت مي‌ گيرد، علاوه بر بهبود خواص فيزيكي آنها، مي‌توان به افزايش مقاومت سايش، افزايش استحكام، بهبود خاصيت مكانيكي، افزايش حد پارگي و حد شكستگي اشاره كرد. اين مواد بر زيبايي ظاهري لاستيك نيز تاثير گذاشته و باعث لطافت، همواري، صافي و ظرافت شكل ظاهري لاستيك مي‌شوند.

سيستم نيرو و باتري

يكي از علل عمده گرايش فناوري‌هاي جديد در تأمين نيروي محركه خودروها، تمايل به كاهش انتشار آلاينده‌ها در شهرهاي بزرگ دنياست كه در آنها، آلودگي خودروها مسائل فزاينده‌اي را ايجاد مي‌كند.

مشكل نيروي باتري از آنجا ناشي مي‌شود كه اين فناوري در مقابل بهبود توان بر واحد وزن (چگالي توان) يا سرعت شارژ و تخليه، مقاومت مي‌كند. اكنون نانوتكنولوژي نويدبخش پيشرفت در اين زمينه شده است.

تحقيقات اخير استفاده از نانولوله‌هاي كربني را در باتري‌ها پيشنهاد مي‌كند كه ممكن است ظرفيت باتري را دو برابر كند. با وجود اين‌كه پيشرفت فناوري باتري موجب افزايش بالقوه راه‌يابي خودروهاي الكتريكي به بازار مي‌شود، غلبه بر كارايي موتورهاي احتراق داخلي براي آنها سخت خواهد بود و مطمئناً خودروهاي شارژشونده از منابع الكتريسيته مركزي به نحو نااميدكننده‌اي ناكارا خواهند بود. لذا، سيستم‌هايي تركيبي- كه موتور، الكتريسيته لازم براي شارژ باتري را فراهم مي‌كند- ترقي بسيار بيشتري خواهند كرد.

با اين حال، نويدبخش‌ترين راه كاهش تصاعدي انتشار آلاينده‌ها را در پيل‌هاي سوختي مي‌جويند. سوخت بالقوه پيل‌هاي سوختي براي وسائل نقليه موتوري، هيدروژن (به دليل توليد آب ايده‌آل است) و هيدروكربن‌هايي چون متان است.

نانو فناوري در ايمني خودرو

در كنار تلاش‌هاي صورت گرفته براي سبك‌سازي و كاهش قيمت خودرو، توجه به ايمني سرنشينان نيز بايد مدنظر قرار گيرد. يكي از موارد ايمني خودرو استفاده از قطعات ضدآتش و Self-extinguish (خودخاموش‌شونده)است تحقيقات گسترده شركت NIST بيان مي‌دارد كه با استفاده از Nanoclay مي‌توان به تركيبي دست يافت كه اثر Synergestic بر روي عدم اشتعال‌پذيري دارد.

با توجه به مصرف بالاي PP در قطعات خودرو اقدامات بسياري براي كاهش اشتعال‌پذيري اين ماده صورت گرفته است. تحقيقات صورت گرفته در Hyperion نشان مي‌دهد استفاده از نانو تيوب كربن multi-walled در PP مي‌تواند حتي بدون حضور هيچ‌گونه عامل هالوژنه به عنوان ضدحريق عمل كند. در هر دو تركيب اصلاح شده PP با EVA (اتيلن وينيل استات) و مالئيك انيدريد ميزان اشتعال‌پذيري تركيب مواد فوق با نانو تيوب كربن بسيار كمتر از تركيب با Nanoclay است.

منابع:

1. www.ptonline.com

2. www.nanocor.com

3. www.azonano.com

4. www.geplastic.com

5. www.basf.com

[1].Polyplexin T11

[2] . براي توضيحات بيشتر مراجعه شود به مجله صنعت خودرو شماره 111 «تاثير نانو ذرات در افزايش طول عمر قطعات و كاهش مصرف سوخت»

چکيده:

در اين پروژه، با حذف فلزات گرانبهاي پلاتين و روديم و صرفا با استفاده از 2/1 گرم پالاديم، مبدل کاتاليستي Pd-La-Ce را با فرايند ساخت دستيابي به ساختار پروسکايت، براي خودروي دوگانه سوز روآ تهيه کرديم. پس از ساخت نمونه‌هاي اوليه در آزمايشگاه شرکت طراحي مهندسي و تأمين قطعات ايران خودرو (ساپکو) و انجام آزمونهاي ميزان آلايندگي ( AVL)، با مقايسه نتايج آزمون آلايندگي مبدل‌هاي کاتاليستي ساخته شده و مبدل‌هاي وارداتي همراه با فلزات گرانبها توسط شرکت ايران خودرو، درصد آلايندگي بسيار کمتري در ميزان NOx،HC و CO در حالت گاز سوز در نتايج حاصل از استفاده کاتاليست ساخته شده، مشاهده شد. براي بررسي ريز ساختاري، در ابتدا نمونه مونوليت(پايه مبدل کاتاليستي براي پوشش مواد) وارداتي جهت انجام آزمايشات، تصوير برداري SEM براي بررسي شکل، توزيع و اندازه تخلخل‌ها به آزمايشگاه متالورژي ساپکو و همچنين آزمون‌هاي BETبراي اندازه‌گيري سطح ويژه،XRF براي بررسي ترکيبات موجود و XRD براي بررسي فازهاي موجود، به پژوهشکده مواد و انرژي کرج ارسال شد. نمونه نهايي مبدل کاتاليستي ساخته شده نيز براي بررسي ريز ساختاري به مرکز پژوهش متالوژي رازي ارسال شد. تصاويرSEM براي بررسي شکل، توزيع و اندازه تخلخل‌ها و ذرات و نتايج LINE SCAN و MAP نيز براي بررسي ميزان نفوذ ذرات از بدنه به پوشش و برعکس، مورد تحليل و بررسي قرار گرفت.

مقدمه

طبق بررسي‌هاي آماري سهم خودروها در آلودگي هوا تقريباً 60 درصد و ساير آلاينده‌ها حدود 40درصد است. يكي از ابزار مفيد به منظور نيل به كاهش انتشار آلاينده از خودروها، استفاده از مبدل كاتاليزوري است. اگر بخواهيم ميزان مواد خروجي از اگزوز انواع خودروهايي که داراي مبدل کاتاليزوري هستند را با انواعي که فاقد آن هستند مقايسه کنيم، مي‌بينيم که ميزان هيدروکربن‌هاي مشتعل نشده در اين موتورها 97 درصد، انواع اکسيد کربن96 درصد و انواع اکسيد ازت 95درصد ،کاهش مي‌يابد]1[. کاتاليست کنورتور قطعه‌اي متخلخل و استوانه‌اي شكل در قسمت اگزوز خودرو است که در داخل سوراخ‌هاي آن لايه‌اي از مواد کاتاليزوري مي‌نشانند. در حقيقت اين مبدل‌ها، پروسسورهاي شيميايي کوچکي هستند که در کاهش مواد آلاينده ناشي از احتراق موتورهاي درونسوز، نقشي موثر ايفا مي‌کنند. امروزه استفاده از کاتاليست‌هايي که به طور همزمان عمل تبديل هر سه نوع آلاينده را انجام دهند، مد نظر است. به اين نوع کاتاليست‌ها، سه راهه يا (Three-Way catalysts) مي‌گويند.

در 1972، Voorhoeve گزارش كرد، كه اكسيدهاي پروسكايت در تصفيه گازهاي خروجي از اگزوز خودروها، فعاليت كاتاليستي قابل مقايسه با پلاتين پايه­دار دارند]2[. همچنين پروسكايت­ها داراي خاصيت جذب و دفع اكسيژن مي­باشند، كه در مبدل­هاي سه راهه (TWC) كميت مهمي است. زيرا ذخيره­سازي اكسيژن نقش مهمي در عمليات اكسيداسيون و احياي تبديلات گاز اگزوز دارد و ديگر درصد تبديل نسبت به تغييرات اكسيژن در جريان گاز ورودي حساس نمي­باشد]3[. فعاليت كاتاليستي پروسکايت‌ها با ساختار ABO₃، اغلب به طور شديدتري با نوع و مقدار كاتيون­هاي جايگزين شونده A¢ تغيير مي­كند. معمولاً يك مقدار بهينه x وجود دارد كه بالاترين فعاليت كاتاليستي را انجام مي­دهد و مقدار آن به واكنشگري كه اكسيد مي­شود بستگي دارد. اينگونه مي­توان توجيه كرد كه افزايش تحرك يون­هاي اكسيدي با افزايش x، انتقال اكسيژن را از بالك به سطح، ميسر مي­سازد. جايگزيني جزئي فلزات B¢ خارجي در سايت B، همانند جايگزيني جزئي سايت A، مي­تواند باعث ايجاد ساختماني نقص­دار شود كه خواص كاتاليستي آن تغيير كرده است. به علاوه اغلب مي­توان اثر همسو و قدرتمندي را با اختلاط در جزء سايت B كه هر دو فعال كاتاليستي هستند، ايجاد كرد. اين اثر همسو به اين صورت تصور مي­شود كه يك جزء باعث ارتقاي فعال­سازي (جذب سطحي) واكنشگر شده و جزء ديگر باعث ايجاد واكنش­پذيري بالاي اكسيژن شبكه مي­شود. براي مثال، فعاليت LaMn_0.6Cu_0.4O₃ ازفعاليت La₂CuO₄ و يا LaMnO₃ در واكنش اكسيداسيون CO بيشتراست]4[. در بعضي از مواقع تركيبات پروسكايت راChemical Chameleons مي­نامند. به دليل آنكه پروسكايت­ها، تركيباتي هستند كه مي­توانند با جايگزيني جزئي، داراي خواص كاملاً متفاوتي شوند و از اين حيث مي­توان آنها را تركيباتي با قابليت انعطاف­پذيري نسبتاً بالا قلمداد كرد ]5[.

طبق تحقيقات انجام شده، فعاليت پروسكايت­هاي ABO₃ بدون جايگزيني، بيشتر تحت تاثير كاتيون سايت B مي­باشد تا كاتيون سايت A. به عنوان مثال، سرعت اكسيداسيون پروپان روي كاتاليست­هاي LaCoO₃ و LaFeO₃ بسيار متفاوت است.]6[. به نظر مي‌رسد كه پروسكايت­ها با توجه به قيمت ارزان‌تر، سنتز راحت و پايداري حرارتي نسبتاً بالا، مي­توانند به جاي فلزات گرانبهاي پايه­دار، براي تبديل گازهاي خروجي از اگزوز خودروها استفاده شوند. در 1971، Libby ادعا كرد كه پروسكايت­ها مي­توانند به عنوان كاتاليست در تبديل گاز خروجي از خودرو­ها به كار روند ]7 [. در شکل يك، ساختار ايده­آل شبکه پروسکايت، مشاهده مي‌شود]8[ :

شکل يك: ساختار ايده­آل شبکه پروسکايت]8[

در حال حاضر، در کشور کاتاليست‌هاي به‌کاررفته صرفا براي خودروهاي بنزين‌سوز استفاده مي‌شود، اما براي خودروهاي گازسوز نيز ‌کاربرد دارند. با توجه به سياست‌گذاري‌هاي اخير کشور و توليد خودروهاي دوگانه‌سوز و با توجه به گران‌بودن کاتاليست‌هاي خودروهاي دوگانه سوز وارداتي، در اين پروژه سعي کرده‌ايم، بوسيله امکانات و سرمايه‌گذاري بزرگ‌ترين شرکت خودروسازي داخلي، به دانش ساخت کاتاليستي مناسب براي خودروهاي دوگانه سوز برسيم. همچنين تلاش شد تا از فلزات گرانبها کاسته شود و با استفاده از ترکيبات پروسکايت، کاتاليستي ارزان‌تر و مناسب با درصد آلايندگي کمتر، تهيه كنيم.

آزمون‌ها

در ابتدا نمونه مونوليت(پايه کاتاليست) وارداتي براي انجام يکسري آزمون‌هاي لازم شامل، تصويربرداري SEM براي بررسي شکل، توزيع و اندازه تخلخل‌ها به آزمايشگاه متالورژي ساپکو و همچنين آزمايش‌هاي BETبراي اندازه‌گيري سطح ويژه، XRF جهت بررسي ترکيبات موجود و XRD براي بررسي فازها به پژهشکده مواد و انرژي کرج فرستاده شد. سپس براي ساخت مبدل کاتاليزوري و پوشش‌دهي آن بر روي پايه منوليتي، با توجه به سياست ارزان‌سازي براي حذف و يا کاهش فلزات گرانبهايي همچون پالاديم، پلاتين و روديم اقدام به ساخت مبدل کاتاليستي بدون استفاده از فلزات گران بهاي پلاتين و روديم كرديم. براي ساخت نمونه کاتاليستي مواد را طبق جدول يك آماده کرديم.

جدول يك: آناليز مخلوط پروسکايت تهيه شده در نمونه ساخته شده

پس از وزن‌کردن و جداسازي پودرهاي مورد نظر، آنها را به ترتيب در يک بشر پلاستيکي به همراه cc 150 آب مقطر ريخته و در زير همزن الکتريکي با دور 400 دور در دقيقه به مدت سه ساعت قرار داديم، تا مواد به خوبي حل شده و سوسپانسيون يکدستي تهيه شود. همچنين به ميزان 10درصد وزني مواد اسيد سيتريک اضافه شد تا از واکنش مواد با يکديگر اطمينان حاصل شود. در طول مدت همزدن موادPH محلول اندازه گيري شد و براي رسيدن به PH مناسب، به محلول فوق بوسيله پيپت cc8 اسيد کلريدريک اضافه کرديم و PH را از 6/6 به 20/3 رسانديم. سپس از دو منوليت استوانه‌اي شکل با قطر خارجي 12، قطر داخلي 8 و ارتفاع 5 سانتي‌متر جهت پوشش‌دهي در خودرو روآ استفاده کرديم. ديپ‌کردن منوليت‌ها در محلول فوق به‌مدت 2 دقيقه صورت گرفت و محلول واش کت را در سوراخ‌هاي منوليت (cpsi 400) وارد کرديم. سپس به‌وسيله جريان هوا، محلول واش کت اضافه را برداشته، تا تمامي سلول‌هاي منوليت سراميکي باز شوند. حال به مدت 15 دقيقه، تحت جريان هوا در آون 134 درجه سانتي گراد منوليت حاصل را خشک مي‌کنيم. اين امر را 12 بار تکرار کرديم تا تمامي محلول واش کت را به درون منوليت‌ها وارد کنيم. پس از خشک شدن، منوليت‌ها را به درون کوره انتقال داده و درجه حرارت را با سرعت 10 درجه سانتي‌گراد بر دقيقه به 760 درجه سانتي‌گراد رسانديم و به مدت 3 ساعت آن‌را در اين دما نگهداري کرديم تا نمک‌هاي به‌کاررفته کلسينه شوند. سپس به آرامي درجه حرارت کوره را به 50 درجه سانتي‌گراد ( به‌مدت 5 ساعت ) رسانديم. افزايش وزن منوليت قبل و بعد از پوشش‌دهي به‌وسيله واش‌کت به ميزان 35-37 گرم براي هر منوليت صورت گرفت. براي کنينگ منوليت حاصل، به‌جاي استفاده از پوشش مت خارجي از پوشش مت تهيه شده در ايران استفاده شد.( پوشش شرکت تارابگين) سپس در کارگاه شرکت ساپکو، منوليت را درون پوشش فلزي مناسب قرار داديم. سپس نمونه آماده شده را پس از اتصال به لوله اگزوز خودروي روآ بر زير خودرو دوگانه‌سوز روآ با شماره پلاک ايران 33 / 464 ن 12 نصب کرديم. در نهايت آلاينده‌هاي حاصل از احتراق خودرو به‌وسيله دستگاه AVL شرکت ساپکو اندازه‌گيري شد. نمونه ساخته‌شده پس از اعمال پوشش در پايان براي آزمايش‌هاي SEM و XRD به پژوهشگاه رازي ارسال شد که در قسمت نتايج به بررسي آنها پرداخته‌ايم.

نتايج

براي دسته‌بندي مناسب نتايج، ابتدا به بحث و بررسي نتايج حاصل از آزمون AVL و ميزان آلاينده‌هاي ناشي از احتراق خودرو که هدف اصلي اين پروژه مي‌باشد، مي‌پردازيم. سپس به بررسي بيشتر ريزساختاري نمونه‌هاي اصلي و بحت و بررسي آزمايشاتMAP، LINE SCAN، SEM و XRD انجام شده برروي آنها مي‌پردازيم. نتايج AVL حاصل از نمونه ساخته شده برروي منوليت‌هاي خودروي روآ در دو حالت موتور سرد (بلافاصله پس از استارت) و موتورگرم (پس از 15 دقيقه کارکرد خودرو) در حالت گازسوز درجدول 2 و در حالت بنزين‌سوز در جدول 3، ذكر شده است.

جدول 2: نتايج حاصل از تست AVL نمونه ساخته‌شده و نمونه ايران خودرو در حالت گازسوز برحسب درصد گاز خروجي در دو حالت موتور سرد (بلافاصله پس از استارت) و موتورگرم (پس از 15 دقيقه کارکرد خودرو)

جدول3: نتايج حاصل از تست AVL نمونه‌هاي شماره 2 ، 3 و 4 و نمونه ايران خودرو در حالت بنزين‌سوز برحسب درصد گاز خروجي در دو حالت موتور سرد (بلافاصله پس از استارت) و موتورگرم (پس از 15 دقيقه کارکرد خودرو)

براي مقايسه کاتاليست ساخته‌شده با کاتاليست مورد استفاده توسط شرکت ايران خودرو(اين کاتاليست داراي استانداردهاي Euro III مي‌باشد) به دليل گران‌قيمت‌بودن آزمايش‌هاي لازم براي بررسي ميزان آلايندگي بر طبق استانداردهاي اروپا تنها به مقايسه تست‌هاي AVL پرداخته‌ايم. تست AVL را برروي کاتاليست اصلي خودرو روآ به همراه فلزات گرانبها انجام داديم. نتايج در جدول شماره (4) در حالت گازسوز و جدول (5) در حالت بنزين سوز ذكر شده است.

جدول 4: مشاهده تغييرات آلاينده‌هاي خروجي از خودرو Rd؛ در حالت گازسوز با استفاده از کاتاليست اصلي خودرو(کاتاليست مورد استفاده توسط ايران خودرو) در دو حالت سرد ( 50 درجه سانتي گراد ) و گرم ( 95 درجه سانتي گراد)

جدول 5: مشاهده تغييرات آلاينده‌هاي خروجي از خودرو Rd؛ در حالت بنزين سوز با استفاده از کاتاليست اصلي خودرو (کاتاليست مورد استفاده توسط ايران خودرو) در دو حالت سرد (50 درجه سانتي‌گراد) و گرم (95 درجه سانتي گراد)

ميزان آلاينده‌هاي CO، HC و NOx در حالت گازسوز با استفاده از کاتاليست مصرفي توسط ايران خودرو درحالت سرد (1) و حالت گرم (2) در شکل‌هاي (2)، (3) و (4) مقايسه شده است:

شکل2: ميزان آلاينده‌هاي CO در حالت گازسوز در کاتاليست مصرفي توسط ايران خودرو درحالت سرد (1) و حالت گرم (2)

شکل3: ميزان آلاينده‌هاي HC در حالت گازسوز در کاتاليست مصرفي توسط ايران خودرو درحالت سرد (1) و حالت گرم (2)

شکل4 : ميزان آلاينده‌هاي NOx در حالت گازسوز در کاتاليست مصرفي توسط ايران خودرو درحالت سرد (1) و حالت گرم (2)

با توجه به نتايج به‌دست آمده، نمونه ساخته شده، داراي درصد آلايندگي بسيار کمتري نسبت به نمونه مصرفي ايران خودرو مي‌باشد. قابل ذکر است که در اين نمونه فلزات گرانبها به‌وسيله مقاديرسريم، آهن و منگنز کاهش يافته است. همچنين نتايج حاصل از آلايندگي در نمونه ساخته شده و نمونه مبدل کاتاليستي ايران خودرو، در حالت گازسوز تفاوت چشم گيري دارند و در حالت بنزين سوز نتايج بسيار نزديک به هم است.

آناليز XRD به عمل آمده از پايه کاتاليستي پوشش داده نشده، نشان مي‌دهد که فاز اصلي موجود، فاز کورديريت با فرمول 5SiO₂.2Al₂O₃.2MgO است و هيچ اثري از پيک فازهاي فرعي ديده نمي‌شود. از اين مسئله مي‌توان نتيجه‌گيري کرد که فازهاي فرعي پرکننده ميان فازهاي اصلي (کورديريت) آمورف بوده و در نتيجه در آناليز مشخص نشده است(به اين دليل که مواد با ساختار آمورف در آناليز اشعه X پيک مشخصه‌اي از خود ندارند). با توجه به ترکيبات موجود فاز فرعي آمورف ايجاد شده فاز مولايت مي‌باشد. نتايج حاصل از آناليزXRF نيز فاز Mg₂Al₄Si₅O₁₈را نشان داد که تاييدي بر صحت نتيجه حاصل از آناليز XRD است. همچنين آزمايش BET بر روي پايه كاتاليست مرجع(وارداتي) صورت گرفت كه بر اساس آن سطح ويژه‌اي برابر با q.m/gr 23.5555 كه مناسب براي لايه نشاني مي‌باشد اندازه‌گيري شد. تصاوير SEMگرفته شده توسط ميکروسکوپ الکتروني در آزمايشگاه متالوگرافي ساپکو با سه بزرگنمايي مختلف در شکل‌هاي 5 و 6 بخوبي نمايانگر توزيع، شکل و اندازه تخلخل‌ها در نمونه مونوليت کورديريتي مي‌باشد. از اين تصاوير مشخص مي‌شود که تخلخل‌هاي ساختاري غيرکروي، با اندازه ميانگينmm 3 و توزيع تصادفي و تقريبا يکنواخت مي‌باشند. همچنين اندازه بزرگ‌ترين تخلخل‌هاmm 7 و ريزترين آنها حدود mm 5/0 است.

شکل5: تصويرتقاطع دو ديواره مونوليت لانه زنبوري با بزرگنمايي 400 برابر

شکل(6): تصويرتقاطع دو ديواره ي مونوليت لانه زنبوري با بزرگنمايي 800 برابر)

تصوير SEM گرفته شده از نمونه ساخته شده بصورت زير مي باشد :

شکل7: تصوير شماره 1، SEM گرفته شده و پوشش داده شده بر روي نمونه شماره 3

همانگونه که مشاهده مي‌شود، سطح منوليت (پايه کاتاليست) به‌طور يکنواخت پوشش داده شده است و ميزان و اندازه تخلخل‌ها بسيار کم است. در بزرگنمايي بيشتر به وضوح مشخص است که اندازه ذرات بين 5 تا 90 نانومتر مي‌باشد.

همچنين به بررسي لايه بافر تشکيل شده ميان بدنه و پوشش پرداخته‌ايم. با توجه به نمودارهاي MAP در شکل 8 و LINESCAN و در شکل‌هاي9 به‌دليل عدم رسيدن خطوط به تعادل و نبود خطوط صاف افقي در LINESCAN مي‌توان نتيجه گرفت که نفوذ از بدنه به پوشش و از پوشش به بدنه صورت گرفته است.

شکل8: تصوير MAP گرفته‌شده از پوشش نمونه 3

شکل9: تصوير LINE SCAN گرفته شده از پوشش نمونه 3

منابع

1.ارزاني كاوه، امروني حسيني مرتضي، 1384، طراحي و ساخت نمونه مبدل كاتاليزوري پايه سراميكي براي خودرو، مركز تحقيقات مواد ساپكو

2.Teraoka, Y., Zhang, H. M., Yamazoe, N., (1998). 9^th Internat. Cogr. Catal. Calgary, 10-22.

3.Masui, T., Ozaki, T., Machida, K., Adachi, G., (2000) " Preparation of ceria-zirconia subcatalysts for automotive exhaust cleaning", J. Alloys and Compounds, 303-304.

4. V.G. Milt, C.A. Querini, E.E. Mir?, and M.A. Ulla , 220 (2003) ,'' Abatement of diesel exhaust pollutants: NOx adsorptionon Co,Ba,K/CeO2 catalysts'', Journal of Catalysis 424–432.

5. Nitin K. Labhsetwar a,b, A. Watanabe b, R.B. Biniwale a, R. Kumara, T. Mitsuhashi b,(2001), '' Alumina supported, perovskite oxide based catalytic materials and their auto-exhaust application'', Applied Catalysis B: Environmental 165–173.

6. Jen, H. W., Graham, G. W., Chun, W. McCabe, R. W., Cuif , J. P., Deutsch, S. E., Touret, O., (1999) ,"Characterization of model automotive exhaust catalysts : Pd on ceria-zirconia supports", Catal. Today, 50 - 309.

7. Teraoka, Y., Zhang, H. M., Yamazoe, N., (1998), 9^th Internat. Cogr. Catal. Calgary, , 1984.

8. Nitin K. Labhsetwar a,b, A. Watanabe b, R.B. Biniwale a, R. Kumara, T. Mitsuhashi b, (2001) '' Alumina supported, perovskite oxide based catalytic materials and their auto-exhaust application'', Applied Catalysis B: Environmental 33 ,165–173.

ماژول Tool ANALYST از جمله ماژول‌هاي قدرتمند نرم‌افزار Solid Works بوده و همانطور كه از نام آن پيداست ابزاري توانمند براي محاسبه تلرانس به‌شمار مي‌آيد.

در يك مجموعه يا ماشين كه از مونتاژ قطعات متعدد در كنار يكديگر شكل مي‌گيرد، بعضي اندازه‌ها يا وضعيت بعضي سطوح يا سوراخ‌ها نسبت به هم، از درجه اهميت ويژه‌اي برخوردار خواهد بود.

ماژول مورد بحث، مقدار تلرانس اندازه مورد نظر ما را براساس تلرانس اندازه قطعات تشكيل‌دهنده مجموعه محاسبه- ويرايش و اعلام مي‌دارد. در واقع، بارها پيش آمده كه مجموعه مونتاژ شده با حالت مطلوب آن در طراحي اختلاف قابل ملاحظه‌اي دارد كه اين امر، نتيجه مناسب نبودن تلرانس‌ها و يا جمع شدن اثر آنها با يكديگر است. از اين پديده به عنوان «جمع شدن خطاها» ياد مي‌شود.

پيش از استفاده از ماژول TOOL ANALYST مي‌بايستي تمام قطعات مجموعه را در محيط ماژول Dim Xpert[1] اندازه‌گيري كنيد.

بعد از اندازه‌گيري و Save كردن قطعات، وارد محيط Assembly شويد و به ترتيب واقعي قطعات را در اين محيط وارد كنيد و با قرار دادن قيود لازم و كافي كل مجموعه مونتاژي را به حالت Fully Defined برسانيد.

سپس، اندازه‌‌اي را كه در نظر داريد تلرانس آن محاسبه شود، از طريق انتخاب دو ضلع مشخص كرده و در مرحله بعد به ترتيب وارد كردن قطعات در محيط اسمبلي، آنها را انتخاب كنيد.

در صفحه بعد، قطعات به ترتيب انتخاب شدن در مرحله قبلي، با هدف مشخص كردن ترتيب قيود اعمال شده بر روي آنها، فعال مي‌شوند به اين شكل كه وقتي قطعه فعال شد، قيودي را كه روي صفحه نمايش نشان داده شده‌اند، انتخاب كنيد تا زماني‌كه علامت كنار نام قطعه به  تبديل شود كه در اين زمان، قطعه بعدي فعال مي‌شود.

با رفتن به صفحه بعدي، ملاحظه مي‌كنيد كه تلرانس اندازه مورد نظر محاسبه و حد بالا و پايين آن، اعلام شده و درصد تاثير هر يك از اندازه‌هاي موثر در ايجاد تلرانس محاسبه شده، اعلام مي‌شود.

اگر تلرانس محاسبه شده در محدوده مورد نظر شما قرار داشته باشد، تلرانس اعلام شده روي قطعات مجموعه نيز مناسب بوده و نيازي به تغيير ندارند.

اگر تلرانس از بازه موردنظر شما بازتر باشد، مي‌توانيد با تغيير دادن تلرانس قطعات و محاسبه مجدد تلرانس اصلي، مقدار آن را تغيير داده و بررسي كنيد.

براي تغيير تلرانس، روي هر يك از اندازه‌هايي كه در قسمت درصد تاثير نشان داده شده‌اند، كليك كنيد تا اندازه و مقدار تلرانس درنظر گرفته براي آن، در صفحه نمايش روي قطعه مربوطه نشان داده شود. با كليك روي مقدار تلرانس و تغيير آن و كليك روي دكمه calculate مي‌توان مقدار تلرانس جديد را محاسبه كرد. اگر باز هم به بازه موردنظر نرسيديد، مراحل فوق را مجدد تكرار كنيد.

منابع:

1. نرم‌افزار Solid works

2. Www.Solidworks.com

[1] ماژول DimXpert ماژول جديد و سبك همراه نرم‌افزار Solid Works 2008 است كه در محيط آن، با انتخاب سه مرجع روي قطعه و استفاده از حالت Auto Dim مي‌توانيد كل ابعاد و نمايه‌هاي قطعه را به صورت اتوماتيك اندازه‌گذاري كنيد.

پارك كردن در كنار خودروهاي ديگر كاري ناخوشايند براي اكثر رانندگان است، مخصوصاً در فضاهاي محدود شهري، بنابراين پارك كردن در بين خودروهاي ديگر در حالي كه فضا كم باشد يك مهارت به حساب مي‌آيد. به ندرت، عمل پارك كردن خودرو به آساني اتفاق مي‌افتد و معمولاً منجر به ايجاد ترافيك و به هم ريختن اعصاب مردم مي‌شود.

جاي اميدواري است كه فناوري، راه‌حلي براي اين مشكل پيدا كرده است و آن استفاده از سيستم هوشمند پارك كردن خودرو است كه خودرو مستقلاً و بدون دخالت راننده پارك مي‌شود. تصور كنيد كه جاي پارك را يافته‌ايد به جاي اينكه چندين بار جلو و عقب كنيد تا خودرو پارك شود كافي است دكمه‌اي را فشار دهيد تا خودرو به آساني پارك شود. تكنولوژي‌هاي شبيه اين را مي‌توان در موارد ديگري استفاده كرد. براي مثال در سيستم ممانعت كننده از تصادف يا رانندگي خودكار.

توليدكنندگان خودرو به دليل تقاضاي زياد شروع به توليد و عرضه خودروهاي داراي سيستم هوشمند پارك كردن نموده‌اند. بخشي از آزمون رانندگي، پارك كردن است كه رانندگان مجبور به چندين بار انجام دادن آن هستند. علاوه بر اين، مردمي كه در شهرهاي بزرگ زندگي مي‌كنند در هر روز بايد چند بار در مكان‌هاي مختلف پارك كنند، لذا حل كردن مشكل پارك كردن خودرو كه استرس را از رانندگان دور مي‌كند جذاب است.

خودروهاي داراي اين سيستم، اين قابليت را دارند كه فضاي كوچك‌تري را نسبت به خودروهاي فاقد اين سيستم اشغال كنند، لذا به حل مشكل ترافيك كمك مي‌كنند و باعث يافتن جاي پارك بيشتر مي‌شوند. يعني در تعداد يكساني از خودرو فضاي كمتر براي پارك اشغال مي‌شود.

در زمان پارك كردن، خودرو به طور موازي حداقل براي چند ثانيه موجب مسدود كردن خيابان و ايجاد ترافيك مي‌شود و اگر راننده مهارت زيادي نداشته باشد چندين دقيقه هم طول مي‌كشد كه به طور آشكارا باعث ترافيك مي‌شود، در نهايت پارك كردن موازي باعث تصادف‌ و خراش‌هاي كوچك به بدنه خودروها مي‌شود. سيستم هوشمند پارك كردن خودرو از اين حوادث ممانعت مي‌كند.

تكنولوژي سيستم پارك خودرو به طور وسيع در جاهايي كه پارك كردن موازي با خودروي ديگر احتياج است استفاده مي‌شود. شركت BMW نمونه‌اي از اين سيستم را براي مكان‌هاي مسطح كه شيب نداشته باشند مانند گاراژها توليد كرده است. براي پارك موازي احتياج است كه خودرو هم خط خودروي ديگر يا كنار جدول قرار گيرد. بيشتر رانندگان براي پارك كردن به 6 فوت طول بيشتر از طول خودرو نياز دارند، اگرچه رانندگان حرفه‌اي به فضاي كمتر احتياج دارند.

براي پارك كردن در حالت معمولي احتياج به پنج مرحله ذيل است.

1. به طرف جلوي پارك حركت مي‌كنيم و در كنار خودروي جلويي متوقف مي‌شويم.

2. چرخاندن فرمان خودرو براي چرخيدن تاير خودرو به سمت پياده‌رو و قرارگيري تحت زاويه 45 درجه و در اين حالت به سمت عقب حركت كنيم.

3. وقتي چرخ‌هاي خودرو به نزديكي چرخ‌هاي عقب خودروي جلويي رسيد، چرخ‌ها را به حالت مستقيم درآورده و به حركت دنده عقب ادامه مي‌دهيم.

4. وقتي مطمئن شديم كه ادامه حركت باعث برخورد با خودروي عقب مي‌شود چرخ‌ها را به سمت خيابان مي‌چرخانيم تا جلوي خودرو در پارك قرار بگيرد.

5. در آخر راننده بايد با عقب و جلو كردن خودرو در فاصله 1 فوتي جدول يا پياده رو قرار گيرد.

خودروهاي فعلي مجهز به اين سيتم كه در بازار هستند به طور كاملاً اتوماتيك عمل نمي‌كنند ولي به هر حال اين سيستم كار پارك كردن موازي را براي راننده بسيار آسان كرده است. در خودروهايي كه داراي اين سيستم نمي‌باشند سرعت خودرو توسط راننده با فشار دادن و رها كردن ترمز تنظيم مي‌شود. قرارگيري خودرو در جاي پارك با سرعت دور آرام انجام مي‌شود.

وقتي اين سيستم شروع به كار مي‌كند، رايانه‌اي كه روي خودرو نصب شده است كار كنترل و هدايت چرخ‌ها را به عهده دارد. (مراحل كار به اين ترتيب است كه خودرو به سمت جلو حركت كرده و در كنار خودروي جلويي در مكان موردنظر متوقف مي‌شود. بعد از آن يك سيگنال راننده را متوجه مي‌كند كه خودرو را در حالت دنده عقب قرار دهد و ترمز را به آرامي رها كند تا خودرو به سمت عقب حركت كند. در اين وضعيت رايانه سيستم فرمان خودكار را فعال مي‌كند و چرخ‌ها را مي‌چرخاند و خودرو در جاي پارك قرار مي‌گيرد، وقتي خودرو به حد كافي عقب رفت سيگنال ديگري راننده را جهت توقف و حركت به سمت جلو مطلع مي‌كند. جلو آمدن خودرو به حدي است كه با مانور چرخ‌هاي خودرو در جاي مناسب خود قرار مي‌گيرد، در انتها پيغامي راننده را متوجه پايان پارك خودرو مي‌كند.

Toyota Pirus بر روي داشبورد صفحه نمايشي دارد تا به راننده بگويد چه كار كند.

در خودرو Biritish Toyota Pirus مانيتوري بزرگ بر روي داشبورد نصب شده است كه اطلاعاتي مثل زمان توقف، زمان تعويض دنده و زماني كه بايد ترمز را براي حركت خودرو به طرف جاي پارك رها كنيم را نشان مي‌دهد. سيستم‌هاي مختلف پارك خودرو، روش‌هاي متفاوتي براي حس كردن اشياي اطراف خودرو دارند. بعضي داراي حسگرهايي هستند كه در سپرهاي جلو و عقب خودرو قرار گرفته‌اند و به عنوان فرستنده و گيرنده عمل مي‌كنند. اين حسگرها، سيگنال‌هايي را به طرف اشياي اطراف مي‌فرستند كه سيگنال‌ها پس از برخورد به اشيا به حسگر برمي‌گردند. سپس رايانه خودرو زماني را براي برگشت اين سيگنال‌ها و محاسبه محل قرارگيري اشيا صرف مي‌كند. سيستم‌هاي ديگري وجود دارند كه در آنها به جاي حسگر، دوربين روي سپرها نصب شده است و يا از رادارهايي استفاده مي‌كنند كه محل قرارگيري اشيا را پيدا مي‌كنند.

نتيجه كار براي همه سيستم‌ها يكسان است، خودرو، محلي كه خودروهاي ديگر در آن پارك شده‌اند، اندازه و فضاي جاي پارك و فاصله از جدول محل پارك همه مشخص مي‌شوند. سپس خودرو در جاي خود پارك مي‌شود.

فناوري‌هاي فعلي و آينده

در 1992 شركت فولكس واگن سيستم هوشمند پارك خودرو را در مدل IRVW Futura استفاده كرد. اين خودرو به صورت كاملاً خودكار و مستقل از راننده، عمل پارك را انجام مي‌داد، به طوري كه راننده مي‌توانست از خودرو پياده شود و شاهد پارك شدن خودرو باشد. رايانه‌اي به اندازه رايانه‌هاي pc امروزي درون خودرو استفاده شده بود كه سيستم پارك را كنترل مي‌كرد. شركت فولكس قيمت خودرو را با اين سيستم در حدود 3000 دلار بيشتر در نظر گرفته بود. لذا از نظر اقتصادي اين مدل به توليد انبوه نرسيد.

در سال 2003، شركت تويوتا آپشني با نام «همكار هوشمند پارك» را براي نصب بر روي خودروي هيبريد Prius hybrid ارائه كرد. سه سال بعد رانندگان انگليسي مي‌توانستند سيستم همكار هوشمند پارك را با قيمتي حدود 700 دلار براي خودروي prius نصب كنند. در اين زمان، 70 درصد از خريداران خودرو British Prius اين سيستم را خريداري مي‌كردند. خودروسازي تويوتا در آينده تصميم به عرضه خودروهاي داراي اين سيستم در امريكا مي‌كند.

به هر حال شركت تويوتا در حال حاضر ارائه‌دهنده اين سيستم است. اگرچه بقيه شركت‌ها نيز در حال كار كردن روي اين سيستم هستند. در سال 2004 گروهي از دانشجويان دانشگاه Linkoping سوئد با شركت ولوو در پروژه‌اي با نام Evolve همكاري كردند. اين پروژه قادر است كه به صورت مستقل خودرو را پارك كند. اين پروژه در خودرو Volvo S60 استفاده شده و حسگرها و رايانه آن در بدنه تجهيز شده‌اند كه هدايت چرخ‌ها را به خوبي با پدال‌هاي گاز و ترمز كنترل مي‌كنند.

به هر حال سيستم پارك خودرو با سيستم Cruisc control متفاوت است. اولي قابليت پارك خودرو در فضايي كم را دارد و دومي به راننده امكان مي‌دهد كه با سرعت ثابت در مسير حركت كند.

اين فناوري‌ها مثل پيش‌گويي درامي تخيلي است. ميليون‌ها خودرو تحت كنترل سيستم رايانه‌اي در ايمني و به دور از تصادفات و با قابليت كنترل سرعت اداره مي‌شوند. در حالي كه راننده عقب نشسته است و در حال تماشاي تلويزيون يا در حال چرت زدن است.

به هر حال بسياري از مردم از رانندگي لذت مي‌برند و براي آنها مشكل است كه كنترل خودرو را برعهده رايانه بگذارند. حتي اگر اين سيستم ايمن باشد.

Seimens VDO' S Park Mate would help drivers find parking spots sa well as park in them.

شركت جنرال موتور به زودي خودروي Opel vectra 2008 را با سيستم رانندگي خودكار Self-driving ارائه مي‌دهد. اين خودرو با استفاده از سيستم‌هاي مجهز به دوربين، ليزر و رايانه قادر است مسيرها را تشخيص دهد و رديابي كند. پيچ‌ها، علائم رانندگي، موانع و خودروها را بشناسد و بدون كمك راننده تا سرعت 60 مايل بر ساعت حركت كند.

The 2008 opel vectra at the 2006 opel Zentrum in Berlin, Germany

بعضي از خودروهاي فعلي يك سيستم كنترل سرعت نيمه اتوماتيك دارند كه اين سيستم به راننده اجازه مي‌دهد تا سرعت خودرو را در مقداري مشخص تنظيم كرده و ثابت نگه دارد. اين سيستم، با استفاده از ليزر فاصله خودرو را از ديگر وسايل نقليه تعيين مي‌كند و براساس اين فاصله، سرعت خودرو را تغيير مي‌دهد.

سيستم ديگري كه در آينده استفاده مي‌شود سيستم كنترل بي‌سيم است كه خودروها را به هم مرتبط مي‌كند. بنابراين اگر براي خودرويي مشكلي پيش بيايد و متوقف شود يا خودرو ليز بخورد، ديگر خودروها مطلع مي‌شوند و سرعتشان را كم مي‌كنند. اين سيستم همچنين در شرايط ترافيكي به كمك راننده‌ها مي‌آيد تا مسير حركتشان را عوض كنند.

سيستم هوشمند پارك خودرو در شرايط فعلي، جزء آپشن تجملي خودرو به حساب مي‌آيند، اما گامي استوار در جهت تكامل صنعت خودرو نيز محسوب مي‌شود.

منابع:

1. http://auto.howstuffworks.com/selfparking-car.htm.

2. a car that drives ltself: the 2008 opel vectra.Ed munds.

3. horrell pavl.-the future of the car.