开题报告-sus304不锈钢薄板微弯曲数值模拟与实验研究

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1、SUS304不锈钢薄板微弯曲数值模拟与实验研究摘要：随着微型化制造技术的快速发展，金属微塑性成形技术在微小零件生产制造过程中已变得越来越重要，并对加工工艺、加工设备、产品的成形精度提出了更高的要求。微塑性成形技术不但继承了传统塑性成形工艺的高生产率、低材料耗损、成品力学性能好、加工精度高等优点，还将传统塑性成形引入介观尺度，使其在微机电系统和微系统技术等领域均具有广泛的应用前景。与传统的塑性成形相比，微塑性成形由于金属板料尺寸的微小化，其成形过程中的力学特征和性能表现出明显的尺寸效应现象，材料的塑性行为发生变化，而传统塑性成形技术及理论均不包含材料的尺度量，导致其不

2、再适用微塑性成形工艺。微弯曲作为微塑性成形工艺的重要组成部分，其在整个微细加工制造业中的应用越来越广泛，因此研究介观尺度下金属板料的成形性能显得尤为重要。本课题以SUS304不锈钢薄板作为实验材料，分别对厚度为20μm、50μm、100μm、200μm、250μm（采用3-5种热处理方式）的金属箔试样进行单向拉伸试验，获得金属箔的真实应力-应变关系，为微弯曲数值模拟研究提供材料性能参数；基于传统的塑形弯曲回弹理论与应变梯度塑性理论，建立微尺度下弯曲回弹预测模型；设计一套典型的V型微弯曲模具，基于JP-504超精密伺服冲压试验机平台，对SUS304不锈钢薄板进行微弯曲

3、实验；数值模拟与实验研究相结合，研究晶粒尺寸、板料厚度以及相对厚度对SUS304薄板弯曲回弹的影响规律，并结合相关理论分析各个因素对弯曲回弹影响的机理，为微塑性成形的工艺优化和模具设计提供参考。关键字：SUS304，尺度效应，微弯曲成形，弯曲回弹，数值模拟（一）立项依据与研究内容1、项目的立项依据1.1研究意义近年来，随着微纳米技术的兴起，金属零件产品正朝着微型化发展，特别是在微电子产品、微系统技术以及微医疗器械等领域，促使这种以外形尺寸微小或运作尺寸微小为特点的新型微细加工技术的诞生。微细加工技术实现了产品功能集成化和体积微型化于一体，这大大满足了电子器械和医疗器

4、械等领域对产品微型化的需求。微塑性成形技术作为微细加工技术的重要组成部分，不但继承了传统塑性成形工艺的高生产率、低材料耗损、成品力学性能好、加工精度高等优点，还将传统塑性成形引入介观尺度，使其在微机电系统（Micro-ElectroMechanicalSystem，MEMS）和微系统技术（Micro-SystemTechnology，MST）等领域均具有广泛的应用前景[1[1]GEIGERM,MERKLEINM,TOLAZZIM.MetalformingensuresinnovationandfutureinEurope[C].Proceedingofthe8thI

5、nternationalConfer-enceonTechnologyofPlasticity.Verona,Italy,2005.]。微弯曲成形作为微塑性成形的重要组成部分，其相关技术和理论的研究也日益受到国内外研究工作者的重视。由于微塑性成形受到尺寸效应的影响，致使传统的金属塑性成形规律已不再适用于微尺度塑性成形，目前还没有适用于微小尺度塑性成形的理论基础，使得微塑性成形的应用受到一定程度的限制，而对于金属板料微弯曲成形的弯曲回弹理论研究也相对较少。因此，本文对5种不同厚度的金属板料进行固溶处理，获得不同的晶粒尺寸；通过单拉试验获得金属薄板的真实应力-应变关系，

6、为微弯曲成形过程数值模拟研究提供可靠的材料性能参数；基于传统的塑性弯曲理论，建立微塑性弯曲回弹预测模型，为实际生产应用的定量分析提供可能性。金属薄板微弯曲成形过程中，材料除了存在塑性变形还伴随着弹性变形，此外，塑性变形区内材料的塑性变形中还包含着弹性变形，弹性变形会在弯曲力矩卸载后会恢复至原来的形状，使板料弯曲角与弯曲半径发生改变，这就是回弹现象，回弹导致金属板料的成形精度受到影响。回弹在弯曲过程中不可避免的，它受到诸多因素影响，传统的塑性弯曲回弹因素包括材料的屈服强度、弹性模量、应变强化指数、材料本身的几何尺寸以及模具的几何参数（模具圆角半径，模具间隙，弯曲角）等

7、。但对于微尺度下的金属薄板弯曲成形，其成形过程中存在明显的尺寸效应现象，而传统的塑性理论由于不含有尺寸量而不能描述这种尺寸效应现象，回弹量也表现出明显的尺度效应，因此研究板料厚度以及晶粒尺寸对弯曲过程的回弹规律显得尤为重要。本课题对SUS304不锈钢薄板的微弯曲成形过程进行数值模拟，获得各工艺参数、板料厚度、晶粒尺寸、成形速度对制件回弹量以及弯曲力的影响规律，实现基于数值模拟的成形工艺优化。由于传统的金属塑性成形规律已不再适用于微尺度塑性成形，研究微塑性成形工艺设计的理论基础，探索金属微塑性成型技术特点，建立适合于微成形过程模拟的理论模型和模拟方法，实现基于数值