از زمان ابداع فرآيند تراشكاري به كمك ارتعاشات التراسونيك (UVAT)، اين فرآيند به صورت گسترده، مورد توجه و بررسي قرار گرفته است. دليل اين توجه، ويژگي‌هاي منحصر به فرد اين فرآيند، شامل كاهش نيروهاي ماشينكاري، كاهش سايش و اصطكاك، افزايش عمر ابزار و غيره مي‌باشد. تاكنون روش‌هاي مختلفي براي اعمال ارتعاشات التراسونيك به نوك ابزار در حين فرآيند تراشكاري، به كار گرفته شده است. در اين اختراع، يك هورن منحصر به فرد به منظور تبديل ارتعاش خطي پيزوالكتريك‌ها به ارتعاش سه‌بعدي، طراحي و ساخته شده است. امتياز اين ابزار ماشينكاري التراسونيك نسبت به ابزارهاي مشابه، آن است كه در اكثر ابزارهاي ديگر تنها امكان اعمال ارتعاشات يك بعدي(خطي) و دو بعدي‌(بيضوي) وجود دارد؛ درحالي كه در اين ابزار ارتعاشات سه‌بعدي توليد مي‌شود. به علاوه از آنجايي كه ماهيت منحصر به فرد هورن طراحي شده باعث ايجاد ارتعاشات سه‌بعدي مي‌شود؛ ديگر نيازي به نيم‌حلقه‌هاي پيزوالكتريك و در نتيجه استفاده از چندين ژنراتور و اعمال اختلاف فاز در ولتاژ اعمالي نمي‌باشد. كاهش هزينه‌ها و همچنين سادگي اعمال ارتعاشات سه‌بعدي در اين روش جديد، مي‌تواند نقش مهمي را در جهت صنعتي شدن فرآيند تراشكاري به كمك ارتعاشات التراسونيك سه بعدي، ايفا ‌كند.

كار ارئه شده سيستمي است كه ابزار ارتعاشي تراشكاري به شيوه ابزارهاي سنتي تراشكاري بر روي دستگاه تراش نصب مي‌شود و داراي ارتعاش در جهت سرعت برشي مي‌باشد و مزيت آن نسبت به ساير ابزارهاي ارتعاشي تراشكاري اين است كه طول ابزار ارتعاشي كاهش پيدا كرده است، بنابراين دمپينگ آن كمتر است و نياز به فيكسچر مخصوص جهت بستن ابزار ارتعاشي بر روي دستگاه تراش به گونه‌اي كه ارتعاشات در جهت سرعت برشي باشد ندارد. نوآوري اين طرح بكارگيري مود خمشي براي ارتعاش ابزار تراشكاري در جهت سرعت برشي، طراحي كل ساختار ابزار ارتعاشي بگونه‌اي كه داراي مود خمشي در جهت مورد نظر و در فركانس KHz 21 باشد، چيدمان و همچنين نوع پيزوالكتريكهاي استفاده شده و نحوه تحريك آنها براي به رزونانس در آوردن مود خمشي مورد نظر است.

در فرآيند شكل دهي تدريجي ورق فلزي (ISMF) نيروي اِعمالي نسبتاً بالا به ابزار شكل دهي (ناشي از نيروي مصرفي لازم براي شكل دهي نمونه به ويژه در ارتباط با قطرهاي كوچكتر ابزار و شكل دهي ورق هاي فلزي با استحكام و ضخامت بالا) و فرسايش دماغه ابزار (ناشي از تماس موضعي و پيوسته ابزار با ورق فلزي به ويژه در وضعيت بدون روانكار و موثر بر كيفيت سطح نمونه) از جمله مهمترين مشكلات موجود در مسير اجراي صحيح و دقيق فرآيند مي باشند. همچنين توليد محصولات فرآيند ISMF همراه با خطاي هندسي و ابعادي مي باشد و پديده برگشت فنري به عنوان يكي از مهمترين عوامل موثر بر اين موضوع مي باشد. از اين رو در اختراع ارائه شده، طراحي و ساخت ابزار مرتعش دوراني (با تحريك ارتعاش اولتراسونيك)، علاوه بر حل مشكلات مذكور، منتج به توسعه فرآيند ISMF خواهد شد. تحقق اين اهداف به ويژه در ارتباط با فرآيند شكل دهي تدريجي قطعات سبك وزن آلياژي و مستحكم سازه هاي هوا فضا به صورت صحيح و دقيق، در دماي اتاق، با سطح انعطاف پذيري بالاي هندسي و ابعادي و بدون نياز به طراحي و ساخت تجهيزات گران قيمت فرآيندهاي تجاري شكل دهي، حائز اهميت مي باشد.

. ايده نوآورانه‌ اشاره شده در اين متن بيانگر اعمال ارتعاشات التراسونيك در دو مود محوري و خمشي بر فرايند جوشكاري اغتشاشي اصطكاكي است. نتايج تحقيقات منتج به ظهور اين ايده نشان داد، ارتعاشات محوري وارد بر ابزار در فاز فروروي ابزار درون قطعه كار سبب كاهش نيروي جوشكاري و ارتعاشات خمشي در حين جوشكاري سبب اغتشاش بهتر مواد و در نتيجه ايجاد اتصال با كيفيت بالاتري مي‌شود. به همين جهت يك مجموعه ابزار و ترنسديوسر التراسونيك طراحي و ساخته شد كه در فركانس 23800 هرتز در مود محوري و در فركانس 19800 هرتز در مود خمشي به حالت تشديد مي‌رسد. الگوي حركت موجي سر پين ابزار در ارتعاش خمشي سبب اغتشاش بهتر مواد خميري و الگوي رفت و برگشتي پين ابزار به درون قطعه (مانند دستگاه هيلتي) در ارتعاش محوري، سهولت در فروروي با نيروي كمتر را به همراه دارد.

كار ارائه شده سيستمي است براي به كارگيري فرايند سوراخكاري ارتعاشي چرخشي روي دستگاه تراش تا به حال براي انجام فرايند سوراخكاري ارتعاشي از دو روش استفاده مي شده است كه در يكي از آنها به ابزار ارتعاش و به قطعه دوران و در ديگري به قعطه ارتعاش و به ابزار دوران داده مي شود اما نوآوري اين طرح قابليت چرخش مته به همراه ارتعاش طولي آن مي باشد كه چالش مهم در عدم استفاده تا به حال از اين سيستم مشكل در برق رساني به ترانسديوسر حين چرخش بوده است. اين سيستم همچنين به شكلي طراحي شده است كه اپراتور هرگاه نياز به سوراخكاري ارتعاشي روي قطعات مورد نظر داشته باشد مي تواند سيستم را به راحتي روي ماشين نصب كند و پس از اتمام كار با برداشتن سيستم از روي ماشين دستگاه را به قابليت هاي معمول آن برگرداند.

امروزه در صنعت براي تغذيه قطعات با نرخ بالا و به منظور انجام عمليات بعدي مثل مونتاژ يا ماشينكاري از تغذيه گرهاي ارتعاشي كاسه اي با شكل گسترده استفاده مي گردد. اساس كار آنها بدين شرح است كه ظرف تغذيه گر كه در ديواره داخلي آن يك شيار مارپيچ تعبيه شده است بر روي يك صفحه نصب شده و اين مجموعه توسط چند دسته فنر برگي روي يك صفحه پايه معلق شده است. شكل (1) شماتيك اين مجموعه را نشان مي دهد. تغذيه گرهاي ارتعاشي كاسه اي بر اساس فركانس طبيعي سيستم كار مي كنند. در اين اختراع ابتدا محاسبات و تحليل هاي نرم افزاري براي بدست آوردن سختي فنر مورد نياز در تغذيه گر انجام شده سپس جهت رسيدن به شرايط كاركرد بهينه توان مورد نياز براي انتخاب مگنت ارتعاشي نيز با انجام آزمايشهايي بر روي نمونه ساخته شده و شبيه سازي نرم افزاري بدست مي آيد.

از زمانهاي قديم پيچ و مهره ها كاربرد فراواني در صنعت داشته اند. پيچ ها به سه دسته تقسيم مي شوند: 1- پيچ هاي انتقال قدرت مثل جك اتومبيل 2- پيچ هاي انتقال حركت مثل پيچ هاي مخصوص تجاري 3- پيچ هاي اتصال كه براي اتصالات به كار مي روند. دسته سوم پيچ ها كه براي اتصال 2 قطعه به همديگر به كار مي روند يا بدون بار هستند يا تحت بار كه در حالت دوم بايد پيچ از لحاظ مقاومت مكانيكي استحكام كافي را دارا باشد. نمونه اي از پيچ هاي تحت بار پيچ هايي هستند كه براي اتصال 2 فلنچ به كار مي روند. مثلا 2 فلنچ ممكن است با 6 پيچ و مهره به همديگر متصل گردند. كه در اين صورت پيچ ها بايد استحكام كافي داشته باشند. در اكثر صنايع از جمله صنعت نفت، نيروگاه ها و صنايع خودروسازي و هواپيماسازي پيچ هاي تحت بار فراوان كاربرد دارند در نتيجه وجود يك ابزار كه هم قدرت كافي و هم سرعت بالا در سفت كردن و باز كردن پيچ ها را داشته باشد فوق العاده مورد استقبال اين صنايع قرار مي گيرد. در بعضي موارد سفت كردن و باز كردن يك پيچ يا مهره با يك آچار معمولي مثل آچار فرانسه ها غير ممكن است و نياز به يك ابزاري خاص است كه بتواند گشتاوري فوق العاده بالا توليد كند. بر همين منوال تاكنون تلاش هاي فراوان و طاقت فرسايي در طراحي ابزارهاي خاص براي بستن و باز كردن پيچ ها و مهره ها صورت گرفته و آچارها و ابزارهاي مختلفي طراحي و ساخته شده است كه هر كدام مزايا و معايبي دارند. در بعضي موارد هم آچارهاي مناسبي در بازار موجود است ولي به دليل تحريم اقتصادي ايران اين آچارها در بازار و صنعت ايران ناياب است و به همين دليل طراحي و ساخت ابزاري كه در مقايسه با چنين ابزارهايي داراي امتيارات بالاتري باشد فوق العاده حائز اهميت است. در اين پايان نامه ما به تحليل و ساخت و توليد يك ابزار براي محكم كردن و باز كردن پيچ ها و مهرها ها پرداخته ايم كه قادر به توليد نيروي فوق العاده بالايي مي باشد آشنايي با مباني استاتيك - مقاومت مصالح - طراحي مكانيزم ها - هيدروليك اندازه گيري - برنامه نويسي كامپيوتر و رياضيات براي فهم مطالب اين پايان نامه ضروري مي باشد.

در اين اختراع مراحل طراحي و ساخت يك دستگاه اتوماتيك براي توماسيون فرايند جوشكاري تيگ قطعات فرمينگ سرترموكوپل به سيتم كنستانتان به عنوان يكي از سيم هاي تشكيل دهنده ي ترموكوپل نوع T بررسي شده است. اين اختراع پس از بازديدهايي از شركت توليدي شيرآلات صنعتي اصفهان و اعلام نياز از طرف شركت انجام شد. طراحي و ساخت دستگاه مذكور به عنوان يك نمونه ي اوليه طراحي و ساخته شده است و پس از بهينه سازي و كسب نتايجي از اين نمونه ي اوليه مراحل ساخت نمونه ي اصلي و كامل از دستگاه شروع شد. مراحل طراحي و ساخت نمونه ي اوليه دستگاه ، نتايج و دستاوردهاي قابل توجهي به همراه داشته است كه از آن جمله مي توان به ساخت و بهينه سازي يك تغذيه گر ارتعاشي كاسه اي براساس محاسبات و مسايل نظري مربوط به اين تغذيه گرها و انتخاب كننده براي جهت صحيح فرمينگ ها اشاره كرد. همچنين طراحي و ساخت سيستم ايندكس با انعطاف پذيري و دقت بالا براي دستگاه مذكور ، نسبت به نمونه هاي آماده، كاهش هزينه ي قابل توجهي به همراه داشته است. بخش مهم ديگر اين دستگاه سيستم تغذيه ي سيم كنستانتان مي باشد كه نتايج آزمايش ها و سعي و خطاهاي صورت گرفته براي ساخت اين سيستم نيز قابل توجه و مفيد بوده است.

اختراع فوق شامل 2 تا 4 پيزوالكتريك مستطيلي با جنس PZT8 و يك ميله از جنس CK45 و يك فيسكچر فولادي است. مجموعه پيزوالكتريك ها و ميله را ACTUATOR مي ناميم. مجموعه فوق با تبديل انرژي الكتريكي به انرژي مكانيكي و نهايتا ايجاد ارتعاشات مكانيكي سبب براده برداري راحت تر و در كل ماشين كاري بهترين خواهد شد. ابزار نيز به گونه اي بر روي فيكسچر قرار گرفته است كه هيچ گونه ارتعاشي به دستگاه تراش منتقل نمي شود.