Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Ultrasonic vibrations as an impulse for glass transition in microforming of bulk metallic glass

Presz Wojciech, Kulik Tadeusz

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2019

|

Vol. 19, no. 1

100--113

EN

The paper presents the idea of the utilisation of ultrasonic vibrations in microforming at elevated temperature of a bulk metallic glasses as an impulse of additional energy for initiating a glass transition at lower than nominal temperature. The method of micro-upsetting at elevated temperature with non-uniform temperature distribution (MUNUT) was used. It is shown that applying ultrasonic vibrations on the tool could replace the part of the thermal energy needed for achieving the supercooled liquid state necessary for the microforming of bulk metallic glass. The results of research are limited to the analysis of two micro-specimens only and their final state of deformation. The commercial FEM code was used in the Thermal/Structural analysis class to determine the temperature distribution within the micro-specimen and to justify the linear approximation of this distribution. It was shown that the application of ultrasonic vibrations at 20 kHz frequency and the amplitude PP = 36.5 μm under the experiment conditions lowered the transformation temperature by approx. 32 °C. Results suggesting that applying ultrasonic vibrations could be also used as the tool which would provide additional energy for the transformation at the limited area of the micro-product.

2

Narzędzia do mikroformowania wytwarzane metodami fotolitografii

Zimniak Z., Marciniak M., Zubel I.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2015

|

z. 267

123--128

PL

Przyczyną gwałtownego rozwoju nano- i mikrotechnologii na świecie jest potrzeba miniaturyzacji. Znajduje ona wiele zastosowań, które z niewielkimi modyfikacjami wykorzystywane są w różnych dziedzinach nauki i przemysłu. Interdyscyplinarna technologia fotolitografii może być stosowana nie tylko w szeroko pojętej mikroelektronice, ale również w tworzeniu mikronarzędzi dla procesów mikroformowania metodami obróbki plastycznej. W pracy wykorzystano technologię fotolitografii i anizotropowego trawienia w celu wytworzenia narzędzi do realizacji procesów mikrowytłaczania. Wykonano narzędzia (matryce i stemple) z monokrystalicznego krzemu, które posłużyły do otrzymania mikrowytłoczek z folii tytanowych. Mikrowytłaczanie folii przeprowadzono na własnej konstrukcji urządzeniu do mikroformowania. Otrzymane bardzo dobrze odwzorowany kształt mikrowytłoczek oraz zadowalającą jakość ich powierzchni.

EN

Miniaturization is the main cause of rapid development of nano- and microtechnology. These technologies play important role in different fields of science and engineering. One of the most dominant and successful method for fabricating small structures at nano- and/or microscales is photolitography. Interdisciplinary photolithography method is widely used not only in microelectronic, but also in engineering. In this study photolithography method has been used for fabricating tools for micro deep drawing process. New-created microtools (dies and punches) were made from the monocrystalline silicon. They were used for the manufacturing of the microparts made from titanium foil. Microtools were mounted in special machine.

3

Mikroformowanie implantu do rekonstrukcji kosteczek słuchowych

Zimniak Z.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2015

|

z. 267

129--134

PL

Ciągły trend do miniaturyzacji i integracji wielu funkcji wyrobów sprawia, że w ciągu ostatniej dekady znacząco wzrósł popyt na mikroelementy. Proces mikroformowania plastycznego jest bardzo obiecujący w produkcji masowej ze względu na jego wysoką wydajność, niskie zużycie materiału, bezodpadowość i dobre parametry mechaniczne formowanych wyrobów. W niniejszej pracy proces ten został zastosowany do wytworzenia implantów służących w rekonstrukcji łańcucha kosteczek słuchowych. Nowo opracowane implanty były następnie mierzone za pomocą skaningowego wibrometru laserowego. Uzyskane dobre wyniki transmisji akustyczno-mechanicznej potwierdzają skuteczność ich działania.

EN

The trend of product miniaturization and multi-function integration makes the demand of micro-parts increase significantly in the last decade. Microforming process presents a promising manufacturing process for mass production of micro-parts due to its characteristics of high productivity, high material usage, net/near-net shape and good mechanical properties of the formed parts. In the present paper, this process was using for productions implant for reconstruction ossicular chain. Newly developed implants were measured by means of Laser Doppler Velocimetry and they give good effectiveness results for acoustic-mechanical transmission through the middle ear.

4

Mikroformowanie nową metodą jednooperacyjnego wytłaczania

Zimniak Z., Marciniak M.

Przegląd Mechaniczny

|

2014

|

nr 1

26--30

PL

Produkcja elementów o niewielkich wymiarach geometrycznych, w przeciwieństwie do tradycyjnych metod wytwarzania, wymaga zwykle użycia skomplikowanych urządzeń i oprzyrządowania. W artykule przedstawiono urządzenie opracowane przy użyciu symulacji MES, przeznaczone do realizacji różnych procesów mikroformowania metali metodami obróbki plastycznej. W pracy zaprezentowano nową metodę jednooperacyjnego wytłaczania folii tytanowych, łączącą procesy wytłaczania i wykrawania wstępniaków.

EN

Production of components with small geometric dimensions, in contrast to traditional methods of manufacture, usually requires sophisticated equipment and tooling. This paper presents a device, designed using FEM simulations, which is able to carry out metal microforming processes by different plastic forming methods. In this work a new method of one-operation deep drawing (of titanium foils) has been proposed by combining deep drawing and blanking processes.

5

Modelowanie efektów skali występujących w procesach mikroformowania

Zimniak Z., Gajek A.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2014

|

Vol. 81, nr 1

31--34

PL

Podczas zmniejszania wymiarów geometrycznych części metalowych odkształcanych za pomocą obróbki plastycznej do rozmiarów odpowiadających mikroskali, zrozumienie i przewidywanie zjawisk kształtowania plastycznego staje się trudne. Tradycyjne modele deformacji materiału są nieodpowiednie dla mikroskali ze względu na występujący tzw. efekt skali, który odpowiada za odmienne zachowanie się materiału podczas mikroformowania plastycznego. W pracy zbadano, jaki jest wpływ efektu skali dotyczącego zarówno wielkości ziarna materiału jak i geometrycznego skalowania wielkości próbki na naprężenia uplastyczniające materiału. Wykorzystując model konstytutywny uwzględniający dwa analizowane efekty skali, przeprowadzono symulacje MES dla procesu ściskania walcowych próbek wykonanych z różnymi współczynnikami skali.

EN

When the geometry of deformed metal part is scaled down to micro-scale, the understanding and prediction of micro deformation behavior becomes difficult. This is because the conventional material deformation models are no longer valid in micro-scale due to the size effect, which affects the deformation behavior in micro plastic deformation. In this research the grain and geometry size effect on the flow stress of workpiece is thus investigated. Using constitutive model considered size effects, the micro-bulk upsetting with different scale parameters are numerically simulated by Finite Element Method.

6

Nowa metoda jednooperacyjnego mikrowytłaczania

Zimniak Z., Marciniak M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2013

|

z. 253

135--140

PL

W ostatniej dekadzie można zaobserwować nagły wzrost zainteresowania miniaturyzacją części i komponentów metalicznych. Wraz ze wzrostem tego zainteresowania wzrosła także potrzeba dokładniejszego badania procesów mikroformowania i zrozumienia fundamentalnych zasad rządzących w tej skali. Jednym z najważniejszych zagadnień jest tu tzw. efekt skali (size effect). Zaobserwowano, że wraz ze zmianą wymiarów geometrycznych próbki – zmieniają się również jej właściwości mechaniczne, w tym granica plastyczności. Kwestie te są bardzo ważne i trzeba pamiętać o uwzględnieniu ich, np. w symulacjach numerycznych. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod wytwarzania, produkcja elementów o niewielkich wymiarach geometrycznych wymaga zwykle użycia skomplikowanych urządzeń i oprzyrządowania. W niniejszej pracy przedstawiono takie właśnie urządzenie opracowane z użyciem symulacji MES, zdolne do realizacji różnych procesów mikroformowania metodami obróbki plastycznej. Zaproponowano również nową metodę jednooperacyjnego wytłaczania folii tytanowych, łączącą procesy wytłaczania i wykrawania wstępniaków.

EN

In contrast to traditional methods of manufacture – production of components with small geometric dimensions usually requires sophisticated equipment and tooling. This paper presents a device, designed using FEM simulations, which is able to carry out microforming processes by different plastic forming methods. Also a new method of micro deep drawing (of titanium foils) has been proposed by combining deep drawing and blanking processes.

7

The experimental tool for micro-extrusion of metals

Piwnik J., Mogielnicki K., Gabrylewski M., Baranowski P.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 2 spec.

195--198

EN

In paper the technological tools requirements, used for micro-extrusion of metals in cold and warm conditions are presented. The constructive principles for the micro-tools are also described. The influence of the size effect in a workpiece and a tool top layers roughness form on extrusion processes in microscale are showed. The tool, designed to an experimental verification of the size effect influence, in a tool roughness form, on the metal rod forward extrusion are presented. This tool is made in the form of two halves, joined together by the pegs and screws. It has bored two dies profiles with the same dimensions, the only difference is a degree of the containers roughness. That solution gives a possibility to specify the influence of the tool roughness degree on the extrusion forces, deformation process and a product quality. Described tool was designed in such a way to manufacture it with using conventional machining equipment.

8

Micro-forming of Al-Si foil

Haga T., Inoue K., Watari H.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2010

|

Vol. 40, nr 2

115-122

EN

Purpose: of this paper is as below. The investigation of the ability of the cold micro-forming of non-metallic glass was purpose. The grain of the rapidly solidified aluminium alloy became fine. The aluminium alloy foil with fine grain was used, and the investigation of the micro-formability of this alloy was investigated. Moreover, increase of the forming speed was investigated. The increase of the forming speed was purpose of this study, too. Design/methodology/approach: The nozzle pressing melt spinning method was used to attain the rapid solidification of the non-metallic grass. The Al-14mass%Si, which is hyper eutectic but is close to eutectic, was used. The roll contact surface was formed by V-groove. The cold rolling was adopted for forming. The V-groove was machined at the roll surface. The micro-forming was operated at the cold work. Findings: Micro-forming of the crystal aluminium alloy was able by the cold work. The forming speed was 0.04S to form 10 ěm height. The forming speed could be drastically increased. Research limitations/implications: The angle of the V-groove, which was used in the present study, was only 60 degrees. The effect of the groove angle on the protrusion-height was not clear. The used material was only the Al-14mass%Si. Relationship between the material and protrusion-height was not clear. Practical implications: The die for the micro-forming of the resin could be made from economy material by the conventional cold rolling process at short time. Therefore, the mass production of the economy die for resin may be obtained. Originality/value: The micro-forming of the rapidly solidified non-metallic glass by cold work was original.

9

The friction influence on stress in micro extrusion

Piwnik J., Mogielnicki K.

Archives of Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 10, iss. 1 spec.

451--454

EN

Manufacturing of metallic parts by forming methods is industrially widespread due to high production rate, high accuracy, dimension’s and shape’s repeatability and good surface quality. The application of metal extrusion methods for the production of micro parts is possible, but there are some technological problems caused by small dimensions. Size effect is appearing. One of size effect symptom in micro extrusion, is a significant influence of rough contact between workpiece and tool while processing. In the case of rough contact without friction, material flows in the vicinity of the die surface. In order to explain more accurately a friction distribution in this area, the plastic wave friction model is proposed. This paper analyses specifications of a metal extrusion in micro scale. Using the friction model, a substitute friction shear factor mz and its influence on extrusion loading curves is determined in relationship to size of asperities.

10

The friction in rod forward and backward micro extrusion

Piwnik J., Mogielnicki K., Gabrylewski M., Baranowski P.

Archives of Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 10, iss. 1 spec.

447--450

EN

Micro parts are increasingly applied in industry because of the trend to miniaturization every day devices. Microforming is a method of manufacturing metal micro elements using a plastic treatment. This kind of production ensures high productivity, shapes and dimensions repeatability and good surface quality. Size effect connected with small dimensions affects changes in treatment processes of micro parts. While forming in micro scale, surface roughness is size independent and does not decrease with decreasing detail dimensions. The article presents schemas for forward and backward extrusion of metal rods. Using FEM, tool’s roughness as a triangle wave has been assumed, taking into account thereby size effect. Influence of roughness on extrusion forces by comparison with traditional flat tools and constant friction shear factor m has been specified. Impact of roughness caused growth of extrusion forces while forward extruding. On the contrary, backward extrusion ensured stable required forces, regardless of a surface structure.

11

Obróbka plastyczna metodami mikroformowania

Zimniak Z., Pondel B.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2007

|

T. 18, nr 4

29-36

PL

Ciągły wzrost popytu na miniaturowe części, powoduje szybki rozwój metod mikroformowania z zastosowaniem obróbki plastycznej. W artykule opisano proces mikroformowania metalowych części, problemy związane ze zmniejszeniem skali obrabianych wyrobów, a także zjawiska zachodzące podczas tego procesu w skali mikro. Przedstawiono przegląd głównych procesów obróbki plastycznej stosowanych w mikroformowaniu w tym kształtowanie cienkich blach i kształtowanie brył. Omówiono także zagadnienia związane z produkcją mikromaszyn.

EN

Increasing demand on miniature parts causes the great growth of microforming methods using metal forming. This paper gives the review of microforming process, problems associated with miniaturization of metal parts and effects which appear during the micro metal forming. Forming technologies like micro massive forming and micro sheet metal forming are described in this paper. The problem of micro machines is mentioned here.

12

Flexible tooling for vibration-assisted microforming

Presz W., Andersen B.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 21, nr 2

61-64

EN

Purpose: Miniaturisation generates necessity of micro-parts production. Micro-scale means closer tolerances and better surface roughness. These requirements can be achieved with metal forming processes but under high pressure and sufficient relative sliding distance between tool and workpiece surface. It makes such a process proven to galling. This tendency increases with diminishing of component dimensions. It means that retarding undesirable surface phenomena with special regard to galling becomes a critical factor for microforming. Literature search and previous investigations shows that implementation of vibrations might be a solution for limitation of galling tendency in microforming. Design/methodology/approach: The group of so called "reference micro-components" has been chosen as an representation of micro-products. For these parts with FEM basic processes parameters were found. The tooling system for vibration microforming of referenced parts has been designed. Vibrations are performed with vibrators based on stacked ceramic multilayer technology assuring accurate frequency and amplitude control. Findings: The method based on static and dynamic analytical and FEM calculations of proper design of vibration assisted flexible tooling with piezo-vibrators has been found. Research limitations/implications: Proposed reference micro-components and designed system can be used for investigations of technological parameters for utilisations of microforming. Practical implications: Flexible laboratory system is designed to manufacture a wide range of microcomponents using tools vibrations for improving quality of products. After laboratory investigations it is attended to design industrial system working on same principles. Originality/value: Designed within this project flexible tooling for low frequency vibration assisted microforming seems to be original according to literature investigations.

13

Piezoelectric driven Micro-press for microforming

Presz W., Andersen B., Wanheim T.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2006

|

Vol. 18, nr 1-2

411--414

EN

Purpose: Progressive miniaturisation generates necessity of micro-parts production also on the field of metal forming. At present small pats are produced with a big presses which were designed for manufacturing much bigger products. Further miniaturisation will not make possible to keep sufficient tolerances of products manufacturing with these standard presses. Design/methodology/approach: It is suggested to set up special technological lines for micro-parts production. Such lines would consist of micro-machines based on piezoelectric actuators. The recent development of that kind of actuators assures even up to several kilo-Newton forces and movement accuracy theoretically in atomic scale. As a step for building the line, a micro-press with piezoelectric drive is being constructed. Findings: The constructed press can work with direct actuator and can be also equipped with simple mechanical movement amplifier. Micro-indenting, micro-pressing and micro-backward extrusion were successfully carried on the press. Examples of simple sequentional and incremental micro-forming processes were also performed. Research limitations/implications: Equipping Micro-press with additional devices like x-y or x-y-z table positioning, automatic clamping and supplying systems etc. will able to extend its application to wide range of microforming processes. Practical implications: Micro-press in intention is going to be a part of industrial micro-lines for micro-product. Originality/value: The idea of building micro-parts with micro-machines standing as production micro-line seems to be quite natural but so far not realised. Presented Micro-press with original construction is another step to put this idea into reality.

14

Konstrukcja i wytwarzanie mikrosilnika tłokowego

Jiang K., Jin P., Kim J.-S.

Silniki Spalinowe

|

2005

|

R. 44, nr 3

32--41

PL

W artykule przedstawiono realizowany projekt rozwoju konstrukcji tłokowego mikrosilnika spalinowego. Silnik skonstruowany jest na bazie dwusuwowego silnika tłokowego, jednakże wprowadzono w jego budowie istotne modyfikacje konstrukcyjne w celu przystosowania do produkcji. Modyfikacje te zostały stworzone z wykorzystaniem systemu projektowania 2D MEMS. Wszystkie elementy silnika rozmieszczone są na dwóch płaszczyznach. Uszczelniania tłoków nie są stosowane, a przedmuchom zapobiega się poprzez zastosowanie mikrorowków na tłokach, dużą dokładność wykonania oraz przez powiększoną powierzchnię styku między tłokiem i cylindrem. W połączeniu z warstwą filmu oleju smarującego rozwiązanie to skutecznie zapobiega przedmuchom. Opracowano nowy i tani sposób wytwarzania elementów silnika narażonych na działanie wysokiej temperatury. Metoda ta polega na zastosowaniu procesu o nazwie UltraThick SU-8 Process, nazywanego w skrócie UTSP do wytwarzania mikroform; następnie przy wykorzystaniu tej formy można wytwarzać ceramiczne i metalowe elementy silnika. UTSP wykorzystuje litografię ultrafioletową UV, która jest zastosowana do wytwarzania warstw SU-8 o grubości do 1000 mm, a uzyskane rezultaty są porównywalne z tymi, jakie uzyskuje się przy zastosowaniu procesu naświetlania promieniowaniem rentgenowskim dla takich samych grubości. Wykonano kompletny mikrosilnik do prób wykorzystując powłoki SU-8 otrzymane w procesie UTSP. Bazując na formach SU-8 wyprodukowano wysokiej jakości ceramiczne i metalowe elementy, tym samym potwierdzono przydatność nowej metody do budowy odpornych na wysokie temperatury mikrosilników przy zachowaniu niskich kosztów.

EN

This paper presents an ongoing project of developing a micro reciprocating internal combustion engine. The engine is designed on the basis of a two stroke piston engine, but heavy modifications have been made to suit the 2D MEMS fabrication. All the engine parts are located in two layers. Piston seals are not used and leakage is prevented by the introduction of microgrooves on the piston, tight tolerance control and an extended contact area between the piston and the cylinder. With the assistance of a film of lubrication oil, these measures prove effective in preventing leakage. A new approach has been developed to fabricate high temperature resistant engine components at low cost. The approach relies on the UltraThick SU-8 Process (UTSP) to make micromoulds; then ceramic and metallic engine components can be produced based on the moulds. The UTSP is a UV lithography process for producing up to 1000 mm thick SU-8 layers and the quality of the fabrication results can be compared with those made by using X ray exposure process in the same thickness. A complete microengine has been fabricated in SU-8 using the UTSP for test drive. High quality ceramic and metallic components have been produced based on the SU-8 moulds, proving the new approach is feasible for building durable micro hot engines at a low cost.