Scale effect in design of the pre-stressed micro-dies for microforming

• Autorzy: Presz W.

Warianty tytułu

PL

Efekt skali w projektowaniu wstępnie sprężonych mikro-matryc do mikro-obróbki plastycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In dies for cold extrusion permissible internal pressure may be increased by the use of one or two shrink rings. Such design creates tensile stresses in the ring and compressive stresses in the insert. The design essentially boils down to define the diametrical interference of the fit to be attained during the assembly. Interference determines the properties of the die and must be carefully selected. There are basically two methods of design: based on Lame’s solution and FEM. None of these two methods include roughness of interface surfaces of the die and shrink ring. The pre-stressed micro-die shows that interface roughness can’t be skipped and the “classical” design of diameter interference must be corrected. The novel method of determination of the correction value is introduced: TheSemi-Physical Modelling of models representing Interface Roughness, SPMIR method. In this method a set of FEM modelling of models created on the base of Abbot-Firestone curves, determined from the roughness profile, lead to determination of Contact Surface Stiffness Curve of interface surface and further to interference correction. Relative correction of the die diameter interference increases along with the diameter decrease that might be recognized as a pre-stressed micro-die assembling scale effect.For the worked example, the relative interference correction is hyperbolically increasing with decreasing the interface diameter decrease, exceeding 10 % for diameter about 8 mm, 25 % for 3 mm and almost 40% for 2 mm. The proposed method is than recommended for the design of pre-stressed micro dies with interface diameter lower than 8 mm.

PL

W matrycach do wyciskania na zimno dopuszczalne ciśnienie wewnętrzne może być podwyższone poprzez użycie jednego lub dwóch pierścieni sprężających. Taka konstrukcja powoduje po¬wstawanie wstępnych naprężeń rozciągających w pierścieniu/pierścieniach, a ściskających w matrycy. Projektowanie, w zasadzie, sprowadza się do określenia wielkości wcisku jaki ma być osiągnięty podczas montażu. Wcisk determinuje właściwości matrycy i musi być precyzyjnie określony. W zasadzie, stosuje się dwie metody projektowania: analityczną opartą na rozwiązaniu Lame oraz MES. Żadna z tych metod nie uwzględnia chropowatości powierzchni kontaktu matrycy i pierścienia. Przykład wstępnie sprężonej mikro-matrycy pokazuje, że chropowatość kontaktu nie może być pomijana i wielkość wcisku uzyskana metodami „klasycznymi” wymaga korekty. Zaproponowano nową metodę określania tej wielkości: metodę SPMIR. W tej metodzie prowadzonych jest szereg symulacji MES z wykorzystaniem modeli kontaktu zbudowanych na podstawie krzywych Abbota-Firestona określonych z profilu chropowatości. Symulacje prowadzą do określenia krzywej sztywności kontaktu matryca-pierścień i w konsekwencji do określenia wielkości poprawki wcisku. Względna poprawka wcisku rośnie wraz ze zmniejszaniem się średnicy kontaktu, co można uznać za efekt skali w odniesieniu do projektowania wstępnie sprężonych mikro-matryc. W analizowanym przykładzie, względna korekta wcisku rośnie hiperbolicznie wraz ze spadkiem średnicy kontaktu. Przekracza ona 10% w wypadku średnicy około 8 mm, 25% przy średnicy 3 mm i prawie 40% przy średnicy 2 mm. Proponowana metoda jest zalecana przy projektowaniu mikro-matryc o średnicy kontaktu matrycy z pierścieniem poniżej 8 mm.

Słowa kluczowe

EN

microforming; scale effect; pre-stressed micro-die

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 16, No. 4
• Strony: 196--203
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Presz W.

• Institute of Manufacturing Technologies, Warsaw University of Technology - Narbutta 85, 02-524 Warsaw, Poland

Bibliografia

• Geiger, M., 2001, Microforming, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 50 (2), 445-462.
• Geiger, M., Messner A., Kngel U., 1997, Production of microparts - Size effects in bulk metal forming, similarity theory. Production Engineering, 4, 55-58.
• Justinger, H., Hirt, G., 2007, Analysis of size-effects in the miniaturized deep drawing process, Key Engineering Materials, Sheet Metal, 344, 791-798.
• Lange, K., 1985, Handbook of Metal Forming, McGraw-Hill Book Company.
• Lipa, Z., Tomanickova, D., 2011, Utilization of Abbot-Firestone Curves Characteristics for the Determination of Turned Surface Properties, Annals of Faculty Hunedoara - Int. Journal of Eng., 1X(3), 223-226.
• Presz, W, Rosochowski, A., 2006, The influence of grain size on surface quality of microformed components, The 9th hit. Conf on Material Forming, ESA FORM 2006, Glasgow UK, Krakow, Publishing House Acapit, 587-590.
• Presz, W., 2009, The Influence of Side Flats on Stresses in a Thick Tube, FiMM-2009, Oficyna Wyd.PW. Prace naukowe, Mechanika, 226, 137-142.
• Shuaib, N., Khraisheh, M., Rawashdeh, O., 2007, Size effects on strain limits of thin CuZn30 brass sheets, Proceedings of the 2"‘ International Conference on Micro Manufacturing (¡COMM) Clemson University, Clemson SC, 140- 144.
• Sieber, K., 1971, Theoretical Principled and Practical Experi¬ence for the Design of Cold Extrusion Tools, Metal Forming, 101-105, 128-131.
• Tiesler, N., 2002, Microforming - Size effects in friction and their influence on extrusion processes, Wire, 52, 1, 34- 38.
• Xu, J., Guo, B., Shan, D., 2011, Size effects in micro blanking of metal foil with miniaturization, Int J Adv Manuf Technol., 56, 5-8, 515-511.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).