微-介觀尺度薄板成形回彈尺度效應研究.pdf

1、近年來，人們對于產(chǎn)品微型化、集成化、智能化的要求來越來高。這些要求加速了精密機械和電子工業(yè)的飛速發(fā)展，微型產(chǎn)品被廣泛應用于汽車、電子通訊、微機電系統(tǒng)（MEMS）、微系統(tǒng)技術（MST）、生物醫(yī)療、航空航天等領域中，各類微型零件的市場需求也與日俱增。其中，具有微細特征的金屬薄板結(jié)構(gòu)在各個領域得到了廣泛應用，如燃料電池極板、微反應器、微散熱器等。如何高效穩(wěn)定地制造這類零件已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。
　　微細薄板成形技術是一種利用塑性加

2、工方法成形兩維方向上尺寸處于亞毫米級別的薄壁零件或結(jié)構(gòu)的技術，因具有材料利用率高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品力學性能好的優(yōu)點，被廣泛應用于金屬微型零件的生產(chǎn)中。但是，由于金屬的塑性成形中必然包含彈性變形部分，所以在卸載之后不可避免的會發(fā)生回彈現(xiàn)象，使零件的成形精度降低。薄板成形零件的回彈量受到很多因素的影響，特別是當零件的尺寸減小到微/介觀尺度時，回彈特性更加復雜，表現(xiàn)出顯著的尺度效應現(xiàn)象，使得宏觀成形中的回彈理論模型難以精確預測微細薄板成形的回

3、彈量，導致零件尺寸超差嚴重。本文以微/介觀尺度純銅薄板彎曲成形的零件回彈為研究對象，對薄板力學性能進行了實驗測試與建模分析；并通過實驗和數(shù)值仿真的方法，探究了尺度效應對于純銅薄板微彎曲回彈的影響規(guī)律。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　1)純銅薄板的力學性能實驗研究
　　首先通過熱處理工藝實驗，探究了保溫溫度、保溫時間對材料晶粒尺寸的影響規(guī)律。針對厚度為0.1mm、0.2mm、0.4mm的純銅薄板，分別制備了小、中、大

4、三種晶粒尺寸的單軸拉伸試樣。通過單軸拉伸實驗獲得了不同尺度的薄板的流動應力曲線，綜合考慮材料厚度、晶粒尺度的表面層效應，建立了介觀尺度薄板材料流動應力應變關系模型，通過單軸拉伸仿真模擬與實驗的對比驗證了模型。最后利用納米壓痕實驗測定了不同規(guī)格薄板的彈性模量，并發(fā)現(xiàn)屈服強度隨著板厚的減小呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。
　　2)薄板微彎曲回彈尺度效應與數(shù)值建模
　　開發(fā)了薄板微彎曲實驗的模具，搭建彎曲成形實驗及回彈測試系統(tǒng)。開展了介觀

5、尺度彎曲回彈實驗，分析了試樣厚度、晶粒、成形角度、晶粒尺寸/厚度比值對回彈角的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)回彈角隨著試樣厚度的減小而增大，且厚度越小，回彈角增大的趨勢越明顯；回彈角隨試樣晶粒尺寸的增大而減小；回彈角隨著成形角度的增大而增大，當板厚越厚，或者晶粒尺寸越大時，這種趨勢變得越不明顯；當板厚不變時，回彈角隨厚度/晶粒尺寸比值的增大而增大，厚度對于回彈角的影響起到主要作用。
　　建立了考慮表面層效應的薄板微彎曲回彈有限元仿真模型，定量計算