Mikroşekillendirme Analizi: Mikromekanik ve Sayısal Yönleri

Abstract

Artan elektronik ve mikromekanik parcaların piyasa hacmi donanımların daha yogun islevsellik kazanmalarına ve kuculmelerine yol acmaktadır. Talepleri karsılamak icin mikro-parcaların uretim yontemlerinin tasarımı hem uygulamalı ve hem de analitik olarak arastırılmalıdır. Bu tez mikro-¸sekillendirmenin analitik olarak arastırılmasına katkıda bulunmak icin hazırlanmıstır. Mikro-¸sekillendirme yontemlerinin sonlu elemanlar yontemi ile simulasyonu icin basitlestirilmis bir modelleme yaklasımı onerilmistir. Yeni modelleme yaklasımı boyut etkileri diye adlandırılan geleneksel sekillendirme ve mikro-¸sekillendirme arasındaki farkları acıklamayı hedefler. Azalan is parcası ebat olcegi nedeniyle olusan boyut etkileri malzemenin homojen olmayan tanecik yapısı ile acıklanmıstır. Sonucta sonlu elemanlar yontemi simulasyonu icin onerilen yaklasım, malzemeyi anisotropik mekanik ozelliklere sahip bireysel tanecikler olarak modellemektir. Taneciklerin yonsel tepkileri Hill'in anizotropik malzeme modeli ile temsil edilmistir. Uc mumkun malzeme modeli (izotropik, tek tanecik, ¸coklu tanecik) ile 2 ve 3 boyutlu yaygın sekillendirme yontemlerinin sim¨ulasyonları yapılmı¸stır ve literat¨ur ile kar¸sıla¸stırılmı¸stır. Dahası, konsept bir mikro-¸sekillendirme presi i¸ceren bir deney duzenegi tasarlanmı¸stır. Anahtar sozcukler : Mikro-¸sekillendirme, Geleneksel ¸sekillendirme, Boyut etkileri, Hill'in anizotropik malzeme modeli, Sonlu elemanlar y¨ontemi.

The increasing market volume of electronic and micromechanical components makes a general trend towards higher integrated functional density and miniaturization of equipments. In order to meet the demands, design of the production processes of micro-parts should be investigated both practically and analytically. This thesis is prepared to contribute the analytical investigation of microforming. A simplified modeling approach is proposed for the Finite Element Method (FEM) simulation of microforming processes. The new modeling approach aims to explain the differences between conventional forming and microforming which are termed as size effects. The size effects due to the decreasing scale of the workpiece size, is explained in terms of inhomogeneous grain structure of the material. Therefore the proposed approach for the FEM simulation is modeling the material as individual grains which possess anisotropic mechanical properties. The directional response of the grains is represented by Hill?s anisotropic material model. 2D and 3D simulations of common forming processes were performed with the three possible material models (isotropic, single grain, multi-grain) and compared with the literature. Moreover, an experimental setup including a conceptual microforming press is designed. Keywords: Microforming, Conventional forming, Size effects, Hill?s anisotropy, Finite Element Method.