h62微塑性成形尺度效应及数值模拟研究

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1、H62微塑性成形尺度效应及数值模拟研究摘要随着微电子信息产业迅猛发展，微塑性成形技术作为一种全新的塑性加工技术在整个加工制造业中正发挥着越来越重的作用。在航空航天、精密电子仪器、生物医疗、军事国防等方面，微型产品具有广阔的应用空间。随着微细零件的尺寸的减小，在成形过程中材料表现出不同于宏观加工的特性，对尺度具有一定的敏感性即尺度效应。然而，到目前为止，对微塑性成形技术研究还缺乏相应的系统的成形理论体系。本文从材料力学特性入手，通过微型试样单向拉伸试验和有限元模拟的方法，初步研究了H62铜合金在微塑性成形过程的材料特性，以微拉深

2、工艺为例，探讨了微拉深工艺中的一些变化特点，为微拉深成形工艺应用于实际提供一定的指导。本文系统地介绍了微塑性成形技术及其尺度效应和目前常用于解释尺度效应的塑性理论。研究发现，当塑性变形尺度在毫米或毫米以下尺度，一些原本在传统塑性加工中与尺寸大小无关的材料流动规律以及工艺参数等都表现出对零件尺寸具有强烈的敏感性和依赖性。本文通过H62铜合金薄板的材料力学性能微型拉伸实验，在晶粒尺度一定的情况下，研究了试样的宽度和厚度尺寸对抗拉强度、延伸率和流动应力的影响。实验结果表明，随着试样宽度和厚度的减小，材料的抗拉强度也会随之减小，其值减

3、小的梯度与比表面的增加梯度有关，延伸率也逐渐减小，材料塑性降低，表现出各向异性突出。实验结果验证了材料在试件尺度微型化过程中的本征尺度效应的存在，同时也说明了表面层理论的合理性。结合有限元数值模拟技术，采用商用分析软件ABAQUS对H62铜合金薄板微拉深成形进行了数值模拟。在建立模型过程中，结合表面层模型，考虑了表层晶粒的影响，将板料进行分层处理，对于不同的层赋予不同的材料属性，分析了相对凸模直径Dp／t、摩擦系数、模具尺度和压边力对成形的影响。数值模拟结果表明，随着Dp／t值的变化，成形仍然具备几何相似性的特点，但微拉深的成

4、形机理发生了变化；随着尺度的微型化，接触摩擦增大显著，摩擦机理发生变化，摩擦对微拉深的成形影响主要体现在成形的后半阶段，尤其对最大成形力的影响显著；模具尺度对微拉深成形的影响主要体现在成形的前半阶段，同时压边力对成形的影响主要也体现在成形前半阶段。关键词：微塑性成形尺度效应微型拉伸微拉深表面层模型IVStudyonSizeEffectsandSimulationofH62inMicro··formingProcessAbstractWiththerapiddevelopmentofthemicroelectroindustry

5、，asanewplasticformingtechnology，micro—formingisbecomingmoreandmoreimportantduetothetrendofminiaturization．Miniaturepartshaveawideapplicationinspaceflight，precisionelectroapparatus，medicalproductsandnationaldefenceandSOon．Buttherearesomeproblemsthatresultformtheproce

6、ssofminiaturization，andduringmicro-formingmaterialwillbehavesomecharacterswhicharedifferentfromnormalmanufactureprocess．Uptonow，thereisnotanysystemictheorytoinstructthesystematicalresearchformicro-forming．Inthisthesis，themicrotensilepropertiesofmicrospecimenofH62are

7、studied．ThemicrotensileexperimentandnumericalsimulationareusedtostudythematerialpropertyofH62inmicro—plastic—formingprocess，andabasicresearchofmicro·deepdrawingtofindsomecharacteristicsanddiedesignmethodisaccomplishedbynumericalsimulation，whichmightgivealittleinstru

8、ctiontotheapplicationofmicro-deep．Micro·plastic·formingtechnology，sizeeffectsanditstheoreticalexplanationaresystematicallyintroducedinthis