基于加热辅助的金刚石印压成孔工艺与试验研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:vista_momo
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孔类零件在工业领域中的应用十分广泛,关于孔的各类加工方法多达几十种,然而超微孔制造仍是世界难题。印压加工是一种切实可行的简单快捷微孔加工技术,在外加载荷冲击作用下,利用金刚石刀尖钝圆的微尺度作用以及硬质基底的支撑效应使材料发生侧向流动最终引起纯铜薄片断裂成孔,实现所需几何尺寸的微孔成形加工。然而室温印压加工的微孔存在微裂纹与隆起缺陷,从而降低了工件的使用寿命。因此,需要深入探究印压微孔过程中工件微裂纹扩展机制,改善加工工艺,以实现微孔高成形质量加工。本文首先对印压过程中铜片弹塑性韧性断裂行为进行了理论阐述,从微观角度分析了室温印压过程中微裂纹形核、萌生与扩展机制,建立了裂纹与工件晶粒微观组织以及加热温度两者间联系关系,提出了加热辅助印压抑制微裂纹形成与扩展的新工艺方法;建立压头压入工件数学计算模型,推导出金刚石压头锥角、钝圆半径与压头下压量三者之间的数学关系,从抑制裂纹扩展与降低隆起两方面优化压头参数;并对加热印压过程中纯铜发生再结晶细化改善微孔成形质量进行理论分析。然后对加热印压微孔成形过程数值模拟,研究了不同基底材料和约束条件对于成孔的影响,确定不锈钢为主要加热基底;分析了不同压头锥角、不同成形温度与下压速率下纯铜下表面材料侧向流动速率、工件等效应力与载荷力的变化规律并给出理论解释,并以此优选了最佳加热印压工艺参数;设计和评估了四种可行性加热印压方案,阐述了其优缺点;通过对加热印压微孔过程中铜片发生动态再结晶模拟分析,总结了不同印压成形条件下晶粒演变规律,为试验提供了理论支撑。最后设计并搭建了加热印压微孔试验平台,制定了试验方案;在室温印压的前提下,总结得到一套完善的加热印压微孔工艺流程图,通过大量的工艺对比实验,得到最佳的加热印压工艺参数;对成形微孔边缘材料金相观察,证明了在最佳工艺参数下,纯铜动态再结晶细化晶粒,验证了理论与仿真结果的正确性。
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