Исследование микроформовки SS316L как материала для биомедицинских применений
Автор: Богар М.Н., Кулкарни О., Какандикар Г.
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 4 (102) т.27, 2023 года.
Бесплатный доступ
Процесс придания плоским металлическим листам необходимой формы без каких-либо изъянов называется производством листового проката. В настоящее время в связи с популярностью миниатюризации во многих отраслях промышленности растет спрос на микроизделия и микроустройства. Метод производства, известный как микроформовка, позволяет создавать миниатюрные компоненты для различных инженерных целей. Микроформовка применяется в различных областях, включая автомобильную, биомедицинскую и аэрокосмическую технику. Если в процессе микроформовки толщина листового материала соответствует его длине, то поведение при деформировании отличается от ожидаемого для макроскопического листового материала. Способность материала к формообразованию является одним из важнейших процессов, а одним из важнейших параметров, определяющих формуемость материала, является кривая предельного формообразования или, как ее еще называют, диаграмма предельного формообразования. Целью данного исследования является построение предельной кривой формования для конкретного биоматериала с помощью численного моделирования и эксперимента. Для определения предельных кривых формования в настоящем исследовании проведен контролируемый эксперимент с тонким листом SS316L толщиной 60 мкм с различными углами относительно направлений прокатки (0°, 45°, 90°). В соответствии со стандартом ASTM-2218-14 испытание Накаджимы на микродеформацию проводится на образце с одноосной, одноосной промежуточной, плоской, двухосной промежуточной и двухосной траекториями деформации для измерения предельных деформаций. Предельная диаграмма для SS316L формируется с помощью численного программного обеспечения Simufact Forming V15 , после чего полученные результаты сравниваются с результатами испытания по методу Накаджимы. Сравнение экспериментального метода с численным моделированием показало хорошее соответствие. Было выявлено, что кривые предела формирования ( FLC ), полученные с помощью численного моделирования являются безопасными, а также на 5%-12% меньше, чем в экспериментальном методе. Для изучения физики формирования листа также проводятся микроструктурные исследования испытуемого объекта до и после формования. Микроструктурные исследования объясняют поведение материала в процессе формообразования.
Микроформовка, тест накаджима, ss316l, flc, микроструктура
Короткий адрес: https://sciup.org/146282792
IDR: 146282792 | УДК: 531/534: | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2023.4.14
Micro forming studies of SS316L as biomedical application material
The process of shaping flat sheets of metal into necessary shapes without any flaws is known as sheet metal making. Nowadays, there is a growing demand for micro goods and microdevices due to the popularity of miniaturization across many industries. The manufacturing method known as micro forming creates tiny components for various engineering uses. Micro-forming can be found in a variety of fields, including automotive, biomedical, and aerospace engineering. Whenever the sheet material’s thickness corresponds to ingrained length distribution of the material being used during the micro-forming process, the deformation behavior is different from what is anticipated for the macroscopic sheet material. A material's ability to be formed is one of the crucial processes, and one of the crucial parameters for determining a material's formability is its forming limit curve or as forming limit diagram. The purpose of this study is plotting Forming Limit Curve for specific biomaterial using numerical simulation and experimentation. For the purpose of determining the forming limit curves, a controlled experiment of thin SS316L sheet of 60 µm thickness with different angles in relation to rolling directions (0°, 45°, 90°) is conducted in the present research. In accordance to ASTM-2218-14 standard test, Nakajima test for micro-forming is done using a specimen of uniaxial, uniaxial intermediate, plane, biaxial intermediate and biaxial strain paths to measure limiting strains. The limit diagram for SS316L is formed using the numerical software Simufact Forming V15, and the findings are then compared with the Nakajima test. The comparisons between the experimental method with the numerical simulations show good accordance. It was shown that FLC produced by numerical simulation are designed to be 5% to 12% less than experimental work and are safe.To examine the physics of the sheet, micro structural studies are also carried out on the test object both prior to and after forming. The microstructural study explains the characteristics of the sheet.
Список литературы Исследование микроформовки SS316L как материала для биомедицинских применений
- Ablyaz T.R., Shlykov E.S., Muratov K.R., Sidhu S.S. Analysis of wire-cut electro discharge machining of polymer composite materials // Micromachines. - 2021, - Vol. 12. DOI: 10.3390/mi12050571
- Carasusin E., Canal F. An automated procedure for non-contact strain analysis of sheet metal parts // IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation. Proceedings. - 2003
- Gowthaman P.S., Gowthaman J.S., Athisankar P. A study on wire electric discharge machining process parameters friction stir welding view project wire electrical discharge machining view project // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. - 2018. - Vol. 9, No. 11. - P. 908-921.
- Hariharan K., Balaji C. Material optimization: A case study using sheet metal-forming analysis // J. Mater. Process. Technol. - 2009. - Vol. 209, No. 1. - P. 324-331. DOI: 10.1016/j .jmatprotec.2008.01.063.
- Kane M.M., Phanse A.A., Bahirat H.J., Kulkarni S.V. Classification and comparative study of EDM pulse generators // Power Electronics. -2020. -Vol. 13, No. 14. -P. 3146-3154. DOI: 10.1049/iet-pel.2020.0205.
- Kulkarni O., Kakandikar G. Formability assessment with microstructural investigations for zirconium 702 thin foils: bio-material applications // Advances in Materials and Processing Technologies. - Vol. 8. - No. 4. - P. 2367-2377. -2022. DOI: 10.1080/2374068X.2022.2044131
- Kulkarni O., Kakandikar G. Novel product design of tool for investigating formability with microstructural study of biomaterial titanium grade-II thin foils // International Journal on Interactive Design and Manufacturing. - 2022. DOI: 10.1007/s12008-022-00903-3
- Kumar S.D., Amjith T.R., Anjaneyulu C.. Forming limit diagram generation of aluminum alloy aa2014 using nakazima test simulation tool // Procedia Technology. -2016 - Vol. 24. -P. 386-393. DOI: 10.1016/j.protcy.2016.05.053
- Mashalkar A., Kakandikar G., Nandedkar V. Micro-forming analysis of ultra-thin brass foil // Materials and Manufacturing Processes. - 2019. - Vol. 34, No. 13. - P. 1509-1515. DOI: 10.1080/10426914.2019.1655158
- Musa M.A., Razali A.R., N. Kasim I. Grain and feature size effect on material behavior for micro-sheet- forming. in Applied Mechanics and Materials // Trans. Tech. Publications Ltd. - 2014. - P. 77-80. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.680.77
- Natarajan K. Study on optimization of WEDM process parameters on stainless steel // J. Nanomater. - 2022. - Vol. 2022., DOI: 10.1155/2022/6765721
- Patel G., Ganesh K.M, Kulkarni O. Experimental and numerical investigations on forming limit curves in micro forming // Advances in Materials and Processing Technologies. - 2020. - P. 1-12. DOI: 10.1080/2374068X.2020.1793268
- Patel G., Kakandikar G. Investigations on effect of thickness and rolling direction of thin metal foil on forming limit curves in microforming process. in Modern Manufacturing // Processes, Elsevier. - 2020. - P. 145-155. DOI: 10.1016/B978-0-12-819496-6.00007-5
- Pradeep R.C., Ramesh T. Influence of size effects and its key issues during microforming and its associated processes - A review // Engineering Science and Technology an International Journal. - 2021. - Vol. 24, No. 2. - P. 556-570. DOI: 10.1016/j.jestch.2020.08.007
- Raheem Z. Designation: E8/E8M - 13a Standard Test Methods for Tension // Testing of Metallic Materials 1. -2019, DOI: 10.1520/E0008_E0008M-13A
- Sahu J., Chakrabarty S., Raghavan R., Mishra S. Investigations of size effect on formability and microstructure evolution in SS304 thin foils // Journal of Strain Analysis for Engineering Design. - 2018. - Vol. 53, No. 7. - P. 517-528. DOI: 10.1177/0309324718792443
- Shao Z. Experimental investigation of forming limit curves and deformation features in warm forming of an aluminium alloy // Proc. Inst. Mech. Eng. B. J. Eng. Manuf. - 2018. -Vol. 232. - No. 3. - P. 465-474., DOI: 10.1177/0954405416645776
- Singh D., Singh R., Boparai K.S., Farina I., Feo L., Verma A.K. In-vitro studies of SS 316 L biomedical implants prepared by FDM, vapor smoothing and investment casting // Compos. B. Eng. - 2018. - Vol. 132. - P. 107-114. DOI: 10.1016/j.compositesb.2017.08.019.
- Standard Test Methods for Determining Forming Limit Curves [Online], available at: www.randb.co.kr (accessed 06.10.2023)
- Sudarsan C., Banker K.H., Hazra S., Bhagat R., Panda K. S. Experimental investigations on forming limit diagram of ultra-thin SS 304 steel: effect of circular grid size, sheet orientation, punch size and deformation speed // Advances in Materials and Processing Technologies. - 2019. - Vol. 5, - No. 1. -P. 25-38., DOI: 10.1080/2374068X.2018.1510679
- Wankhede P. Suresh K. A review on the evaluation of formability in sheet metal forming // Advances in Materials and Processing Technologies. - 2020. - Vol. 6, No. 2. -P. 402-429. DOI: 10.1080/2374068X.2020.1731229
