微拉深工艺的实验研究及计算机模拟

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1、上海交通大学硕士学位论文微拉深工艺的实验研究及计算机模拟摘要随着微型化趋势的发展，微细零件产品的加工在整个加工制造业中的地位越来越重要。从移动电话到计算机技术，从微型数码设备到医药卫生等各个方面，微细零件具有广阔的应用空间，同时应用传统的加工技术来加工这些微细零件也成为可能。但是，当零件尺寸缩小到一定范围时，许多物理现象与宏观世界有很大差别，一些常规理论将作修正，因此微观尺度下的理论和试验研究显得格外重要。本文采用实验研究和计算机模拟分析相结合的方法，对微拉深工艺进行研究，找出微拉深工艺中一些变化特点，以及探索

2、微拉深工艺参数和模具设计的方法。本文系统地介绍了尺度效应现象及其理论解释。研究发现，当不均匀塑性变形尺度在微米量级时，材料就将表现出强烈的尺度效应（Sizeeffects）；且目前的研究表明，尺度效应现象主要存在于材料力学行为和摩擦润滑行为中。本文通过纯铜薄板的材料力学性能拉伸实验，在测得厚度在0.2mm以下的纯铜薄板的力学性能参数的同时，验证了材料力学行为中尺度效应现象的存在即随着板料厚度的减薄，材料的流动应力下降。本文进行了一系列几何相似的圆筒形件微拉深实验研究。采用将传统确定圆筒形件拉深问题的参数设计转化

3、为无量纲形式的设计方法，设计了微拉深实验模具。通过圆筒形件微拉深实验，给出了成形力曲线变化特点，并对其进行了理论解释。本文还利用该套实验模具进行了条形薄板料微拉深摩擦实验研究，发现在无润滑条件下，随着板料厚度的减薄，摩擦系数有增大的趋势。结合这两个实验研究的结果分析，对本文所采用的微拉深工艺及模具设计的无量纲设计方法进行了一些修正。本文最后结合有限元模拟技术，在分析建模时，考虑表面层晶粒的影响，利用分层的方法对板料模型进行处理。利用数值模拟分析了摩擦系数µ、相对模具间隙C/t和相对凹模圆角半径Rd/t对最大成形

4、力的影响。数值模拟结果显示，模拟的成形I上海交通大学硕士学位论文力曲线与实验测得的成形力曲线吻合较好，并且在模具制造误差范围内，相对模具间隙C/t和相对凹模圆角半径Rd/t对最大成形力的影响不明显，而摩擦系数µ对最大成形力影响显著。同时数值模拟结果也表明了前面所提出的无量纲设计方式修正的合理性。关键词：微细塑性成形；微拉深；尺度效应；无量纲；表面层模型II上海交通大学硕士学位论文EXPERIMENTALINVESTIGATIONANDNUMERICALSIMULATIONOFMICRODEEPDRAWINGAB

5、STRACTTheproductionofminiaturepartsisgainingimportanceduetothetrendofminiaturization,whichisincreasinglydeterminingthedevelopmentofproductrangingfrommobilephones,computersandmicrodigitalcameratomedicalproductsandsoon.Theapplicationofconventionalmanufacturing

6、processesfortheproductionofsuchmicro-partsispossible,but,whenthedimensionsofcomponentsgettingsmallerandsmaller,manyphysicalphenomenawhicharedifferentfrommacroworldwilloccur,andthetraditionaltheoriesshouldbemodified.Thereforeitisveryimportanttodevelopthetheor

7、iesandexperimentalmethodsaccordingly.Inthisthesis,abasicresearchofmicrodeepdrawingtofindsomecharacteristicsanddiedesignmethodintheareawasaccomplishedbyexperimentalinvestigationandnumericalsimulation.Sizeeffectsanditstheoreticalexplanationaresystematicallyint

8、roducedinthisthesis.Manyexperimentshaveshownthatmaterialsdisplaystrongsizeeffectswhenthecharacteristiclengthscaleassociatedwithnon-uniformplasticdeformationisintheorderofmicrons.Intheseexperimen