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.

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.

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.

در اين اختراع چرخه توليد آلياژ منيزيم Mg-4Al-2RE (Ce+Nd+La) نانوساختار با استحكام ويژه بالا به روش پرس دركانال‌هاي مركب بررسي‌شده است. با توجه به تردي و كارپذيري كم در دماهاي كارسرد و همچنين به دليل ناپايداري دمايي تغيير شكل در اين آلياژ، فرآيند پردازش در دماهاي محدوده شكل‌دهي گرم (180 تا 250 درجه سانتي‌گراد ) بايد انجام شود. نمونه‌هاي آماده شده قبل از انجام فرآيند تحت عمليات آنيل كامل در دماي 650 درجه سانتي‌گراد به مدت 2 ساعت قرار گرفته‌اند. عمليات حرارتي آنيل، با هدف بدست آوردن يك ساختار تبلور مجدد يافته كامل و احتمالاً حذف سابقه قبلي تغيير شكل انجام شده است. سپس سطح اكسيد شده نمونه‌ها سنباده زده شده‌اند. براي انجام هر پاس از فرآيند، نمونه توسط روانكار نيتريد بور به صورت پودري با اندازه دانه 500 ميكرون روانكاري شده (از دي‌سولفيد موليبدن دما بالا نيز مي‌توان استفاده نمود) و در داخل كانال ورودي قالب كه پيش از مونتاژ قالب روانكاري شده، قرار داده شده و مجموعه قالب در زير پرس هيدروليكي قرار داده مي‌شود. سپس سنبه با سرعت مشخص (3 ميلي‌متر بر ثانيه) نمونه را به سمت مناطق تغيير شكل اصلي هدايت مي‌كند و نهايتاً به تدريج وارد كانال خروجي مي‌گردد. تحولات ريزساختاري متاثر از تغيير شكل آلياژ به‌وسيله ميكروسكوپ‌هاي نوري و الكتروني روبشي ((SEM و همچنين تأثير اين فرآيند بر خواص مكانيكي با انجام آزمايش‌هاي كشش تك محوري و سختي‌سنجي بررسي شد. نتايج اين آزمايش‌ها حاكي از آن است كه اين روش به‌خوبي مي‌تواند ريزساختار فوق‌ريزدانه UFG در آلياژ منيزيم ايجاد نمايد. پس از انجام فرآيند ميانگين اندازه دانه‌هاي نهايي در حدود 2-3 ميكرومتر بدست. اين طرح مي‌تواند دريچه وسيعي از كاربردها را براي مصارف پزشكي، هوافضا و خودرو پيش رو قرار دهد.

اين سيستم مي‌تواند براي معلولين فضاي مناسبي در 4 فصل سال ايجاد كند و بدون نياز به دستگاه‌هاي اضافي بتواند در گرما و سرما به تنهايي به محيط هاي باز بروند. براي سيستم گرمايشي اين كار يك شبكه المنت دار در قست پشتي و كف ويلچر تعبيه شده است تا بتواند گرماي مورد نياز را تامين كند.اين شبكه توسط باتري ليتيوم فسفات آهن با مشخصات 48 ولت/10 آمپرساعت پشتيباني مي‌شود. سيستم سرمايشي مورد نظر از يك شبكه لوله‌اي بر روي يك صفحه عايق در كف صندلي و پشت صندلي تشكيل شده است. اين شبكه به يك در پشت صندلي متصل مي‌شود كه جريان مايع كوولانت موجود در شبكه را به 2 عدد فن خنك كننده متقل مي‌كند تا پس از كاهش دماي مايع آن را به شبكه بازگرداند. مايع كوولانت درلوله هاي غير عايق جريان پيدا مي‌كند و گرماي ايجاد شده به دليل نشستن طولاني مدت فرد بر روي ويلچر را جذب مي‌كند، اساس كار اين سيستم بر پايه جذب گرما توسط مايع كوولانت، انتقال از مايع به مخزن فن‌ها و دفع گرماي مخزن توسط فن خنك كننده استوار است . اين شبكه هماند سيستم گرمايشي توسط باتري ليتيوم فسفات آهن با مشخصات 48 ولت/10 آمپرساعت پشتيباني مي‌شود.

فرآيند اكستروژن مركب با ناحبه تغيير شكل اينسرتي، به عنوان يك روش ابداعي تركيبي براي افزايش كارايي روش‌هاي تغيير شكل پلاستيك شديد اينسرتي معرفي گرديده است. اساس روش‌هاي تغيير شكل پلاستيك شديد بر پايه افزايش شديد چگالي نابجايي‌ها، تشكيل ديواره‌هاي نابجايي متراكم و تشكيل مرز‌هاي فرعي مي‌باشد. فرآيند ECAP به عنوان يكي از روشهاي اساسي تغيير شكل پلاستيك شديد در نظر گرفته شده است. اما مشكل عمده اين فرآيند اين است كه، مقدار محدودي تغيير شكل در طول يك پاس با حفظ همگني مي‌تواند اعمال شود. اين شرايط مي‌تواند بوسيله شرايط اصطكاكي مختلف يا هندسه قالب (خم‌هاي متعدد كانال) بهبود يابد، اما اين تغييرات مي‌تواند پيچيدگي تجهيزات مورد نياز را در مقايسه با ايكپ مرسوم افزايش دهد. در روش ابداعي جديد با تغيير و افزودن كانال پيچشي در محل تقاطع دو كانال، كرنش موثر اعمالي بزرگتري نسبت به روش‌هاي ديگر، افزايش همگني مواد و نيز كاهش تعداد پاس‌هاي مورد نياز براي دستيابي به دانه‌هاي فوق‌العاده ريز يا نانو در مواد حجمي به دست مي‌آيد. همچنين ناحيه تغيير شكل اينسرتي اين قابليت را ايجاد نموده كه بتوان از يك ماتريس و سنبه براي دو فرآيند (برش و پيچش مركب و يا برش ساده) استفاده نمود و هم‌چنين مي‌توان با تعويض اينسرت‌هاي با زواياي پيچش و شيب متفاوت تأثير پارامترهاي تغيير شكل را بررسي نمود كه مقرون به صرفه مي‌باشد. انجام يك پاس از فرآيند مذكور باعث اعمال كرنش پلاستيكي متوسطي به اندازه 2 گرديده كه مقدار بيشينه و كمينه آن در مناطق تحتاني و فوقاني آن ايجاد مي‌گردد. براي تأييد تجربي اختراع پيشنهاد شده، نمونه‌هايي از جنس آلومينيوم خالص تجاري تا 2 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 آلومينيوم مي‌گردد. به گونه‌اي كه استحكام تسليم از 62/50 در نمونه آنيل به 150 در پاس اول و به 180 در پاس دوم رسيده و ميانگين سختي از 18 در نمونه آنيل به 60 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 850 نانو در نمونه‌هاي آلومينيومي داشته است. مي‌توان نتيجه‌گيري كرد كه روش ابداعي برش و پيچش مركب مي‌تواند در كنار ساير روش‌هاي تغيير شكل پلاستيكي شديد، فرآيندي كارآمد براي توليد مواد فوق‌العاده ريز دانه يا نانو ساختار باشد.

اكستروژن مارپيچي با سطح مقطع بيضوي به عنوان يك روش جديد تغيير شكل پلاستيك شديد براي توليد فلزات نانوساختار حجيم بر پايه اكستروژن ابداع شده است. اختراع اساساً مربوط به حوزه فلزكاري، مخصوصاً توليد مواد فلزي ريز ساختار با كارايي بالا با استفاده از تغيير شكل پلاستيكي شديد مي‌باشد. از آنجايي كه مواد خام صنعتي اساساً داراي سطح مقطع گرد مي‌باشند، روش اكستروژن مارپيچي محدوديت روش پيچشي مرسوم كه تنها براي مقطع مستطيلي كاربرد داشت را برطرف نموده است. در اين فرآيند كانال دستگاه به سه ناحيه تقسيم‌شده كه عبارت‌اند از: كانال تبديلي سطح مقطع دايره به بيضي (L1)، كانال پيچش سطح مقطع بيضوي (L2) و كانال تبديلي سطح مقطع بيضي به دايره (L3). با توجه به شكل خاص كانال قالب، قطعه اكسترود شده تحت يك تغيير شكل پلاستيك شديد قرارگرفته، درحالي‌كه مساحت سطح مقطع ثابت باقي مي‌ماند. اين قابليت اين اجازه را مي‌دهد كه قطعه كار بتواند مكرّر براي تجمع تغيير شكل اكسترود شود كه براي اصلاح ميكروساختار و بهبود خواص مواد ضروري است. با توجه به اصول فرآيند، تغيير شكل به دو شكل اساسي مي‌تواند شناخته شود: تغيير شكل كانال انتقالي سطح مقطع دايره-بيضي/بيضي-دايره و تغيير شكل پيچشي سطح مقطع بيضوي. اين‌ها عمدتاً به ترتيب از كانال L1/L3 و L2 توليد شده است. تغيير شكل پيچشي كانال L2 به صورت يك استوانه با سطح مقطع بيضوي و ارتفاع غيرقابل تغيير L2 كه در يك مسير تحت پيچش قرار مي‌گيرد در نظر گرفته مي‌شود كه سطح بالايي تحت يك زاويه φ تا سطح پاييني دوران مي‌كند. براي تأييد تجربي، فرآيند حاضر بر روي مس خالص تجاري انجام شده است. مشاهدات ميكروساختاري نشان مي‌دهد كه اندازه دانه از 10-50 ميكرومتر تا 1-10 ميكرومتر در نواحي محيطي اصلاح شده است. علاوه بر اين مقدار سختي نواحي محيطي بالاتر از نواحي مركزي روي سطح مقطع است. به طوري كه سختي از 62 در حالت آنيل به 117 پس از دو پاس رسيده است. در نتيجه سطحي سخت و مركزي چقرمه خواهيم داشت كه براي توليد محورها و چرخ‌دنده‌ها و اجزايي كه در تحت سايش و خستگي مي‌باشند در صنايع خودروسازي و هواپيماسازي و ... بسيار مي‌تواند پركاربرد باشد.