微盒形件拉深成形中尺度效应的研究

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随着微机电系统的迅猛发展,微型零件的需求越来越大,微塑性成形以其高效率、低成本地批量生产出微型产品,被认为是最理想、最适合微型件大批量生产的成形工艺。微尺度下,材料的应力应变曲线、屈强比、塑性应变比、延伸率等均与常规尺寸的不同,即出现了尺度效应现象,这使得微塑性成形过程中的工艺参数及数值模拟也要考虑尺度效应的影响。本文对微盒形件拉深成形中的材料、模具尺寸、工艺条件等的尺度效应进行了研究:  1)对0.02mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.4mm的SUS304进行淬火处理,得到不同厚度下不同晶粒尺寸的板料,对其进行单向拉伸试验。实验得到的屈服强度结果显示,淬火处理的板料,在小于0.1mm时,表现出了“越小越弱”现象,未经淬火处理的板料,表现出了“越小越强”现象;实验还发现,厚度的减小,塑性应变比成减小趋势;延伸率随厚度减小先减小后增大。  2)采用单向拉伸所得到的数据,使用DYNAFORM对SUS304进行微盒形件拉深成形模拟。分析了微盒形件成形极限图和减薄率分布图,结果表明,微盒形件凸模圆角处不但是应力应变分布最严重的区域,也是减薄率最大的区域,建立了危险断面的径向应力表达式;研究模具几何尺寸对微盒形件拉深的影响,发现凸凹模圆角、凸凹模间隙、凹模转角对微盒形件拉深的影响与宏观盒形件的影响相似。研究了工艺条件对微拉深的影响,结果表明拉深速度对微盒形件拉深影响并不明显,摩擦对微盒形件拉深影响显著,宏观盒形件的压边力公式已经不适用于微盒形件拉深。  3)根据模拟结果设计微盒形件模具,选取合适的拉深速度、压边力对不同厚度、不同淬火处理的板料在不同凸凹模上进行拉深实验。分析了微盒形件的失效形式,描述了厚度、微盒形件尺寸、平均晶粒尺寸对拉深力—拉深曲线的影响。研究不同的工艺参数对相对拉深高度及最大拉深力的影响,结果表明,厚度/盒形件短边长度,厚度/晶粒尺度对相对拉深高度影响显著,最大拉深力随着厚度的增加及晶粒尺寸的增大尺度效应效果减弱。
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