اختراع مربوط به دستگاه وروشي براي توليد مواد ريزساختار با استفاده از تغيير شكل پلاستيكي شديد (SPD) مي¬باشد. اين اختراع در استفاده از شيارهاي محدود شده در دو كفه قالب و پرس كردن ورق ميباشد.اختراع اساسا مربوط به حوزه فلزكاري، مخصوصا توليد مواد فلزي ريز ساختار با كارآيي بالا با استفاده از تغيير شكل پلاستيكي شديد ميباشد. خواص منحصر بفرد فلزات نانوساختار، توجه بسياري از پژوهشگران را به‌خود جلب كرده است. اين امر، زمينه توسعه‌ روش‌هاي توليد آنها را فراهم آورده است. تعدادي از روش‌هاي توليد، شامل تغييرشكل پلاستيك شديد مي‌شوند كه با ريزكردن ساختارهاي درشت- دانه به دانه‌هايي با اندازه‌اي در مقياس نانو، سروكار دارد. ريزدانه شدن در اين حد و اندازه، با افزايش قابل توجهي در استحكام مكانيكي همراه است. خواص بهبود يافته‌ فلزات نانوساختار شده، چشم-اندازهاي وسيعي را در برابر كاربرد اين فلزات در صنايع جديد نظير: هوافضا، حامل‌هاي سطحي و ساخت ايمپلنت‌هاي پزشكي، گشوده است. مزيت استفاده از فلزات سبك نانوساختار شده، امكان كاهش وزن اجزاي سازه‌اي است.

در روش اتصال نقطه اي همزن اصطكاكي آلومينيوم و برنج ، استفاده از لايه مياني فلز روي بين دو ورق ايده اي جديد مي باشد كه باعث مي گردد به علت حلاليت بالاي آلومينيوم و برنج در فلز روي، عمل اتصال بهتر انجام گيرد و استحكام اتصال افزايش يابد. فرآيند جوشكاري نقطه اي اصطكاكي همزني يكي از انواع روشهاي جوشكاري بدون عمل ذوب و در حالت جامد مي باشد كه در آن براساس چرخش سريع ابزار مخصوص و فروروي بر روي دو ورق قرار گرفته روي هم، اختلاط مكانيكي بين ورق ها انجام مي گيرد و سطوح دو ورق در آن نقطه به يكديگر متصل مي گردد. حركت دوراني سريع ابزار بر روي ورق ها به علت اصطكاك، گرماي زيادي ايجاد مي كند و ورق هاي فلزي را تقريباً نرم نموده و با يكديگر مخلوط مي نمايد و اتصال ايجاد مي شود. در فرآيند جوشكاري نقطه اي اصطكاكي همزني آلومينيوم و برنج كنترل حرارت و فشار در محدوده بهينه، موجب يكنواختي و تكرارپذيري جوش با كيفيت و استحكام يكسان مي شود. در جوشكاري نقطه اي اصطكاكي همزني آلومينيوم و برنج با تغيير ضخامت لايه مياني فلز روي مي توان خواص اتصال را تغيير داد و به صورت بهينه، عمل اتصال را با كيفيت بالا انجام داد.

امروزه آلومينيوم و آلياژهاي آن با توجه به ويژگي هايي كه دارند كاربرد گسترده اي در صنعت توليد قطعات حمل ونقل مانند هواپيماها، هلي كوپترها، موشك ها، راكت ها و شاتل ها پيدا كرده اند، حال آنكه هدايت حرارتي بالا، اكسيد ديرگداز و قابليت اكسيد شدن زياد محدوديت هايي را در جوشكاري ذوبي آلياژهاي آلومينيوم بوجود آورده است. در اين اختراع از روش جوشكاري اصطكاكي همزني (FSW) كه برخي آن را جوشكاري اصطكاكي اغتشاشي نيز نام مي برند براي اتصال ورق هاي ناهم جنس آلومينيوم هوافضايي 2024 و 7277 استفاده شده است در اين فرآيند ورق هاي آلومينيوم بر روي فيكسچر تعبيه شده بر روي دستگاه فرز ثابت نگه داشته مي شوند. سپس ابزار فولادي پين دار چرخان وارد درز دو ورق شده و با همزدن مكانيكي و پيشروي عمل اتصال را انجام مي دهد.در اين فرآيند گرماي اصطكاكي باعث افت سختي در ناحيه اتصال مي گردد. در اين اختراع از ايده عمليات حرارتي پيرسازي پس از جوش براي سختكاري مجدد منطقه اتصال استفاده شده است. به همين جهت پس از جوشكاري، اتصالات در دماي 500 عمليات انحلال بر رويشان انجام شده و پس از كوئنچ در آب سرد در دماي 150 درجه عمليات پيرسازي مصنوعي بر روي آن ها انجام مي گيرد. نتايج نشان مي دهد با اين ايده مي توان استحكام اتصالات اين آلياژهاي ناهم جنس هوافضايي كه كاربرد گسترده اي دارند را افزايش داد. در اين اختراع از عمليات حرارتي پس از جوش پيرسازي مصنوعي براي افزايش استحكام استفاده شده است. همانطور كه نتايج ميكروسختي نشان مي دهد پس از جوشكاري، سختي نواحي اطراف جوش و منطقه اختلاط نسبت به فلز پايه كاهش مي يابد كه اين باعث افت خواص مكانيكي اتصال مي شود. با استفاده از عمليات حرارتي پيرسازي مصنوعي (T6) پس از جوش به ميزان 40 درصد مي توان استحكام اتصالات FSW ورقهاي آلومينيوم ناهم جنس هوافضايي سري 2024 و 7277 را افزايش داد. مزاياي اختراع: 1- اتصال بدون عيب ورق هاي ناهم جنس آلومينيوم هوافضايي 2- ايجاد اتصالات با استحكام بالاتر نسبت به اتصالات ذوبي 3- افزايش استحكام نمونه هاي جوش داده شده اوليه با استفاده از عمليات حرارتي پيرسازي

خواص مكانيكي بهينه و دستيابي به سازه¬هايي با نسبت استحكام به وزن بالا از اهداف فن¬آوري مواد با ساختار بسيار ريز يا نانو مي¬باشد. روش اتصال فشاري تجمّعي به عنوان يك روش جديد تغيير شكل پلاستيك شديد براي توليد فلزات نانوساختار حجيم بر پايه فشردن در قالب كانالي ابداع شده است. در فرآيند اتصال فشاري تجمّعي، يك نمونه به شكل شمش در قالب كانالي براي اولين بار فشرده مي¬شود. تغيير شكل در قالب كانالي، كاهش در ضخامت و ازديادطول در طول نمونه را بدون هيچ گسترش جانبي فرآهم مي¬كند. در اين فرآيند نمونه 50 درصد فشرده شده و سپس به نصف در طول بريده مي¬شود و دو شمش به ضخامت اوليه به هم چسبيده مي¬شوند. شمش¬هاي چسبيده شده مجدد در قالب كانالي 50 درصد فشرده مي¬شوند. براي دستيابي به نمونه حجيم با يك اتصال خوب، سطح اتصال دو شمش قبل از فشردن روغن¬زدايي و پوليش سيمي مي-شوند. اين تغيير شكل اتصال فشاري ناميده مي¬شود. اين روند برش، روي هم قرار دادن و اتصال فشاري جهت ارائه تغييرشكل كرنشي بسيار بالا بدون هيچ تغيير قابل توجهي در ابعاد نمونه تكرار مي¬شود. براي تأييد تجربي، فرآيند بر روي يكي از پركاربردترين فلزات در صنعت يعني آلومينيوم انجام شده است. با بررسي و تحليل نمونه¬ها مشخص شد كه استحكام كششي پس از سه مرحله فرآيند به حدود 3 برابر نمونه آنيل شده افزايش يافته و از 40 به 130 رسيده است. اين بهبود خواص از جمله افزايش استحكام و سختي و دستيابي به نسبت استحكام به وزن بالا مي¬تواند به گسترش كاربرد اين ورق¬ها جهت سبك سازي مؤثر سازه در صنايع خودروسازي و هواپيماسازي كمك شاياني نمايد.

فرآيند جوشكاري اصطكاكي برهم زني يكي از انواع روشهاي جوشكاري غير ذوبي مي باشد كه بر اساس تبديل انرژي مكانيكي به انرژي گرمايي استوار است كه دو قسمت مورد اتصال را به هم نزديك كرده و با ايجاد حركت دوراني سريع يكي از آنها بر روي ديگري و مالش و اصطكاك دو قطعه، گرماي زيادي توليد شده و موجب حالت پلاستيسيته در درز اتصال مي شود وبا فشار اعمال شده نهايي قطعات در هم فرو مي روند و اتصال ايجاد مي شود. روش متداول در اتصال لوله ها به يك ديگر استفاده از روش جوشكاري ذوبي مي باشد كه معمولا داراي عيوب متععد بوده و انرژي مصرفي بسيار بالايي دارد. همچنين در مناطقي كه مواد مستعد اشتعال وجود دارد استفاده از روشهاي جوشكاري ذوبي بدون تخليه كامل لوله از سيال امكانپذير نمي باشد. ولي روش جوشكاري FSW اين امكان را به وجود مي آورد تا جوشي با كيفيت و خواص مكانيكي و متالورژكي بالاتري با صرف هزينه و انرژي كمتر بدست آيد. اصول كار جوشكاري اصطكاكي بر هم زني لوله ها با استفاده از نوآوري مورد ادعا به اين صورت مي باشد كه ابزار با استفاده از يك دستگاه فرز شروع به دوران مي كند و پس از نفوذ در محل اصال لوله در اثر حرارت ايجاد شده سبب خميري شدن ماده در ناحيه زير شانه ابزار مي گردد. دوران موتور گيربكس از طريق يك دستگاه تايكوپ به محوري كه لوله ها روي آن سوار مي باشند انتقال مي يابد.حركت همزمان دوراني ابزار و محور سبب انجام جوشكاري مي شود.

خواص مكانيكي بهينه و دستيابي به سازه‌هايي با نسبت استحكام به وزن بالا از اهداف فن‌آوري مواد با ساختار بسيار ريز يا نانو مي‌باشد. در اين اختراع، يك روش ابداعي براي افزايش كارايي روش‌هاي تغيير شكل پلاستيك شديد بنام فرآيند پرس در كانال‌هاي زاويه‌دار مارپيچ با سطح مقطع بيضوي معرفي گرديده است. فرآيند پرس در كانال‌هاي زاويه‌دار مارپيچ با سطح مقطع بيضوي براي بدست آوردن كرنش موثر اعمالي بزرگتر، افزايش همگني مواد و نيز كاهش تعداد پاس‌هاي مورد نياز براي دستيابي به دانه‌هاي فوق‌العاده ريز يا نانو در مواد حجمي پيشنهاد داده شده است. انجام يك پاس از فرآيند مذكور باعث اعمال كرنش پلاستيكي متوسطي به اندازه 8/1 گرديده كه مقدار بيشينه و كمينه آن در مناطق محيطي و مركزي آن ايجاد مي‌گردد. براي تأييد تجربي اختراع پيشنهاد شده، نمونه‌هايي از جنس مس خالص تجاري تا دو مرحله تحت پردازش قرار گرفته است. نتايج آزمون كشش و سختي نشان مي‌دهد كه فرآيند مذكور باعث افزايش قابل توجهي در استحكام تسليم، نهايي و سختي مس مي‌گردد. به گونه‌اي كه استحكام تسليم و نهايي از 62/75 و 222 در نمونه آنيل به 360 و 6/392 در پاس دوم رسيده و ميانگين سختي از 62 در نمونه آنيل به 141 در پاس دوم رسيده است. بهبود خواص سختي و استحكامي ماده در سايه ريزشدن اندازه دانه نمونه‌ها حاصل شده است به طوري‌كه بررسي متالورژيكي انجام شده نشان از كاهش اندازه دانه از 50 ميكرون به حدود 1 ميكرون در نمونه‌هاي مسي داشته است. اين بهبود خواص و دستيابي به نسبت استحكام به وزن بالا مي‌تواند به گسترش كاربرد اين مواد جهت سبك سازي مؤثر سازه در صنايع خودروسازي و هواپيماسازي و نيز در صنايع پزشكي براي ساخت ايمپلنت‌ها كمك شاياني نمايد. مي‌توان نتيجه‌گيري كرد كه روش ابداعي پرس در كانال‌هاي همسان مارپيچ مي‌تواند در كنار ساير روش‌هاي تغيير شكل پلاستيكي شديد، فرآيندي كارآمد براي توليد مواد فوق‌العاده ريز دانه يا نانو ساختار باشد.

استفاده از جوش نقطه اي به روش اصطكاكي اغتشاشي به دليل قابليت فوق العاده آن در جوشكاري فلزاتي سبكي همچون آلومينيوم، در صنايع گوناگون و به ويژه خودروسازي، به سرعت در حال گسترش است. اصلي ترين عيب اين روش باقي ماندن سوراخ ناشي از پين ابزار در جوش است كه منجر به بروز پديده خوردگي در ورقهاي جوشكاري شده به اين روش ميشود. روش جوشكاري دو مرحله اي روشي ساده و كم هزينه و البته موفق براي رفع اين عيب مي باشد. در اين روش پس از جوشكاري متداول نقطه اي اصطكاكي اغتشاشي با ابزار پين دار از ابزار دومي كه فاقد پين است براي پر كردن حفره ناشي از پين ابزار اول استفاده ميشود. در اين روش نيازي به استفاده از دستگاه هاي خاص نيست و با استفاده از دستگاه فرز معمولي مي توان آن را به كار گرفت همچنين ساخت ابزار در اين روش بسيار ساده و كم هزينه است و از طرف ديگر به دليل استفاده از ابزار پين دار در مرحله اول نمونه هاي جوشكاري شده به اين روش استحكام بالايي دارند.

دستگاه توليد ايمپلنت نانو كريستال دندان به روش HPT به كار رفته در صنايع دندانسازي دستگاه شامل يك قالب مقاوم به فشار بالا با فك دوار موتور هيدروليكي دوراني و يك پرس هيدروليكي مي باشد كه مي تواند ايمپلنت هائي با ريز ساختار نانو كريستال و عمر مفيد به مراتب بيشتر توليد كند. اني دستگاه يك بلوك استوانه اي از جنس تيتانيوم را به عنوان قطعه خام تحويل گرفته و ضمن رعايت نكات فني و ايمني با اعمال تنش فشاري بالا و همچنين كرنش دوراني زياد بر روي قطعه آن را تبديل به قطعه اوليه ايمپلنت دندانسازي مي كند. در ادامه شيارهائي بر روي ايمپلنت ايجاد مي شود و اين قطعه مي تواند بر روي استخوان فك پيچ شود. به دليل اعمال فشار و كرنش زياد به قطعه در حين فرايند توليد ريز ساختار نانو متري مي شود و لذا استحكام و عمر قطعات و همچنين سازگاري آنها با بدن انسان افزايش مي يابد. از مزاياي اين دستگاه توليد قطزعاتي با دقت ابعادي زياد استحكام و عمر مفيد بيشتر هزينه عمومي كمتر و سازگاري بيشتر ايمپلنت هاي توليدي با بدن انسان مي باشد. در نهايت با گسترش توليد اين محصولات سطح عمومي بهداشت دهان و دندان در جامعه افزايش خواهد يافت.