開題報(bào)告-sus304不銹鋼薄板微彎曲數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究-預(yù)覽頁
【正文】 本文對5種不同厚度的金屬板料進(jìn)行固溶處理，獲得不同的晶粒尺寸；通過單拉試驗(yàn)獲得金屬薄板的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，為微彎曲成形過程數(shù)值模擬研究提供可靠的材料性能參數(shù)；基于傳統(tǒng)的塑性彎曲理論，建立微塑性彎曲回彈預(yù)測模型，為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的定量分析提供可能性。微細(xì)加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品功能集成化和體積微型化于一體，這大大滿足了電子器械和醫(yī)療器械等領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品微型化的需求。與傳統(tǒng)的塑性成形相比，微塑性成形由于金屬板料尺寸的微小化，其成形過程中的力學(xué)特征和性能表現(xiàn)出明顯的尺寸效應(yīng)現(xiàn)象，材料的塑性行為發(fā)生變化，而傳統(tǒng)塑性成形技術(shù)及理論均不包含材料的尺度量，導(dǎo)致其不再適用微塑性成形工藝。微塑性成形技術(shù)不但繼承了傳統(tǒng)塑性成形工藝的高生產(chǎn)率、低材料耗損、成品力學(xué)性能好、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，還將傳統(tǒng)塑性成形引入介觀尺度，使其在微機(jī)電系統(tǒng)和微系統(tǒng)技術(shù)等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：SUS304，尺度效應(yīng)，微彎曲成形，彎曲回彈，數(shù)值模擬（1） 立項(xiàng)依據(jù)與研究內(nèi)容項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)近年來，隨著微納米技術(shù)的興起，金屬零件產(chǎn)品正朝著微型化發(fā)展，特別是在微電子產(chǎn)品、微系統(tǒng)技術(shù)以及微醫(yī)療器械等領(lǐng)域，促使這種以外形尺寸微小或運(yùn)作尺寸微小為特點(diǎn)的新型微細(xì)加工技術(shù)的誕生。由于微塑性成形受到尺寸效應(yīng)的影響，致使傳統(tǒng)的金屬塑性成形規(guī)律已不再適用于微尺度塑性成形，目前還沒有適用于微小尺度塑性成形的理論基礎(chǔ)，使得微塑性成形的應(yīng)用受到一定程度的限制，而對于金屬板料微彎曲成形的彎曲回彈理論研究也相對較少。但對于微尺度下的金屬薄板彎曲成形，其成形過程中存在明顯的尺寸效應(yīng)現(xiàn)象，而傳統(tǒng)的塑性理論由于不含有尺寸量而不能描述這種尺寸效應(yīng)現(xiàn)象，回彈量也表現(xiàn)出明顯的尺度效應(yīng)，因此研究板料厚度以及晶粒尺寸對彎曲過程的回彈規(guī)律顯得尤為重要。近年來，國外一些研究工作者為解釋材料在微尺度下的成形規(guī)律，發(fā)展了一批新的理論模型。當(dāng)試樣尺寸減小而其微觀結(jié)構(gòu)保持不變時(shí)，試樣表面的晶粒數(shù)目與試樣內(nèi)部的晶粒數(shù)目之比隨之增加，由于試樣表面上的晶粒所受的約束比試樣內(nèi)部的晶粒小，并且位錯(cuò)無法在試樣表面塞積，從而使材料的加工硬化能力降低，導(dǎo)致材料流動(dòng)應(yīng)力下降，但該理論模型不能解釋當(dāng)厚度方向只有一個(gè)晶粒的情況。該理論中引入了一個(gè)材料特征尺寸常數(shù)稱為內(nèi)稟尺寸l，并利用旋轉(zhuǎn)梯度和傳統(tǒng)應(yīng)變重新定義了等效應(yīng)變。Raulea[[8], , , . Size effects in the processing of thin metal sheets. Journal of materials processing technology. 2001, (115): 44~48. [9], , . Grain and specimen size effects in processing metal sheets. Proceedings of the 6thICTP. 1999: 19~24. 8,9]對1mm厚的鋁板進(jìn)行了彎曲實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)晶粒尺寸小于板料厚度時(shí)，隨著晶粒尺寸的減小，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度增大。研究結(jié)果表明：板厚小于350μm時(shí)，傳統(tǒng)的塑性彎曲回彈理論不再適用于黃銅箔回彈規(guī)律，其回彈量是相對厚度的T/D的函數(shù)，且回彈量隨著T/D的增大而減小，且當(dāng)T/D1時(shí)，屈服強(qiáng)度隨T/D的減小而減小，T/D1時(shí)，彎曲屈服強(qiáng)度和偏差隨著T/D的減小而增大。[13[13]. Fu, . Chan, . Lee, L. K. Chan. Springback in the roller forming of integrated circuit leadframes. Journal of Materials Processing Technology. 1996, 3: 107~111. ]等設(shè)計(jì)了一懸臂式成形夾具，用來研究不同模具半徑、模具角度和模具間隙下鋼合金和銅合金的窄帶材回彈行為，研究結(jié)果表明：隨著模具半徑、模具角度和模具間隙等的增大，回彈增大，各向異性將導(dǎo)致材料各方向上不同的回彈行為。在微塑性成形理論模型方面，考慮微成形過程的成形特點(diǎn)，清華大學(xué)的曾攀教授研究了超導(dǎo)帶材微成形工藝的多晶體塑性耦合行為表征和計(jì)算建模，并提出和研究了宏域微成形原理[1618[16] 趙迎紅, 雷麗萍, 曾攀, 微塑性成形技術(shù)及其力學(xué)行為特征, 塑性工程學(xué)報(bào)(2005): 16+16. [17] 曾攀, 石剛, 婁路亮, 精確成形制造中的高梯度特征與數(shù)值模擬的發(fā)展趨勢, 中國機(jī)械工程(2003). [18] 曾攀, 盧永進(jìn), 雷麗萍, 趙迎紅, 方剛, 宏域微成形與鉍系超導(dǎo)帶材的加工, 鍛壓技術(shù)(2007): 125128+135. ]。中科院力學(xué)所的王自強(qiáng)等[21[21] 馮秀艷, 郭香華, 方岱寧, 王自強(qiáng), 微薄梁三點(diǎn)彎曲的尺度效應(yīng)研究, 力學(xué)學(xué)報(bào) 39(2007): 479485. ]對微成形領(lǐng)域應(yīng)變梯度塑性理論進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了一套三點(diǎn)彎曲模具，對C2680黃銅箔進(jìn)行了三點(diǎn)彎曲正交試驗(yàn)。因此，基于傳統(tǒng)的金屬塑性理論，建立微塑性彎曲回彈預(yù)測模型，為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的定量分析提供可能性。2） 基于傳統(tǒng)的塑形彎曲回彈理論與應(yīng)變梯度塑性理論，建立微尺度下彎曲回彈預(yù)測模型由于微塑性成形受到尺寸效應(yīng)的影響，致使傳統(tǒng)的金屬塑性成形規(guī)律已不再適用于微尺度塑性成形，因此需建立考慮尺度效應(yīng)的微彎曲回彈預(yù)測模型。微彎曲成形作為微塑性成形的重要組成部分在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛。3） 數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，研究金屬箔彎曲成形過程的回彈現(xiàn)象，并與彎曲回彈預(yù)測模型的結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證預(yù)測模型的有效性。因此，通過建立彎曲預(yù)測模型、采用試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究微尺寸對彎曲回彈量的影響
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