隨著技術(shù)的發(fā)展,一些物理場輔助微成形工藝得到了迅速的發(fā)展,包括電磁輔助微成形、電流輔助微成形、超聲波輔助微成形等。目前已有研究表明超聲波振動(dòng)輔助微成形通過其體積效應(yīng)及表面效應(yīng)會降低材料成形載荷,從而提高材料的塑性變形能力。但是相比于超聲波輔助聚合物材料微模壓工藝方面的研究已經(jīng)比較成熟,而對于超聲波輔助金屬材料微模壓成形工藝的研究還比較少。本文采用由線切割工藝制備的純鋁材料小圓柱,并利用不同熱處理工藝得到不同晶粒尺寸的純鋁材料,研究了純鋁材料微壓縮實(shí)驗(yàn)的尺寸效應(yīng),以及超聲波振動(dòng)和振動(dòng)功率對微壓縮實(shí)驗(yàn)真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響規(guī)律。使用abaqus軟件對微模壓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬,分析實(shí)驗(yàn)過程和各工藝參數(shù)影響規(guī)律。對純鋁材料超聲波輔助微模壓實(shí)驗(yàn)和超聲波輔助微通道陣列實(shí)驗(yàn),研究各工藝參數(shù)對微模壓實(shí)驗(yàn)和微通道陣列實(shí)驗(yàn)的影響規(guī)律,及超聲波振動(dòng)對材料充填行為的作用機(jī)制。純鋁微壓縮實(shí)驗(yàn)過程中,不同熱處理溫度下,材料的流動(dòng)應(yīng)力隨著試樣尺寸的減小而降低,表現(xiàn)出了明顯的尺寸效應(yīng);對不同試樣尺寸和晶粒尺寸的試樣施加超聲波振動(dòng)后,材料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線降低,即超聲波振動(dòng)對材料產(chǎn)生了軟化作用;材料真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線的降低幅度隨著超聲波功率的增加而增大。進(jìn)行純鋁材料微模壓實(shí)驗(yàn)及微通道陣列實(shí)驗(yàn)數(shù)值模擬,研究槽寬、摩擦系數(shù)、壓下量及超聲振動(dòng)對充填高度的影響規(guī)律,結(jié)果表明,槽寬度及壓下量對材料充填高度影響最明顯,充填高度隨著槽寬及壓下量的增加呈線性增加,此外,隨著摩擦系數(shù)的降低,材料的充填高度會升高,無摩擦?xí)r,成形筋前端較平直,有摩擦?xí)r,由于材料受到凹槽側(cè)壁摩擦力的作用,成形筋前端會出現(xiàn)圓弧狀。對超聲波輔助微模壓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬,結(jié)果表明,施加超聲后,成形件各個(gè)區(qū)域的米塞斯應(yīng)力和最大真應(yīng)變都降低。研究了壓下量、槽寬等工藝參數(shù)和超聲波振動(dòng)對純鋁材料微模壓過程的影響規(guī)律,結(jié)果表明,隨著壓下量的增加,材料的充填高度也呈線性增加;隨著凹槽寬度的增加,材料的充填高度先增加后降低,材料的相對充填高度變化不大;當(dāng)槽寬為0.3mm時(shí),材料充填高度隨著晶粒尺寸的增加而增大;當(dāng)槽寬為0.1mm時(shí),材料充填高度先增加后減小,這是由于槽寬度方向只有幾個(gè)晶粒時(shí),材料充填會變得比較困難。超聲波輔助微模壓實(shí)驗(yàn)表明,超聲波振動(dòng)會提高材料的充填效果。進(jìn)行純鋁微通道陣列成形實(shí)驗(yàn),研究工藝參數(shù)及超聲波振動(dòng)對成形過程的影響規(guī)律。研究表明,隨著壓下量的增加,材料的充填高度呈線性增加;隨著凹槽寬度的增加,材料的充填高度先增加后降低,這是由于當(dāng)凹槽寬度增加到與晶粒尺寸之比近似為1時(shí),材料的充填能力降低;因此,隨著晶粒尺寸的增加,材料的充填高度也是先增大后減小,隨著模具占空比的增加,材料的充填高度降低。超聲波輔助微通道陣列實(shí)驗(yàn)表明,超聲波振動(dòng)會提高材料的充填效果,即提高材料充填高度、使陣列件各區(qū)域高度更均勻、成形筋形狀更貼合模具形狀。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG306
【部分圖文】：

圖 1-1 微型平板熱管 圖 1-2 燃料電池裝配圖[4]由于塑性微成形的尺寸依賴性，當(dāng)零件尺寸減小時(shí)，材料成形過程會出現(xiàn)充填性能、摩擦以及流動(dòng)應(yīng)力會隨著材料的尺寸變化的現(xiàn)象。與傳統(tǒng)的宏觀塑性變形十分不同。當(dāng)微結(jié)構(gòu)尺寸十分小時(shí)，成形件的成形質(zhì)量已經(jīng)不能得到保證。隨著技術(shù)的發(fā)展，一些物理場輔助微成形工藝得到了迅速的發(fā)展，包括電磁輔助微成形、電流輔助微成形、超聲波輔助微成形等。目前已有研究表明超聲波振動(dòng)輔助微成形通過其體積效應(yīng)及表面效應(yīng)會降低材料成形載荷，從而提高材料的塑性變形能力。但是相比于超聲波輔助聚合物材料微模壓工藝方面的研究已經(jīng)比較成熟，而對于超聲波輔助金屬材料微模壓成形工藝的研究還比較少，本文擬進(jìn)行超聲波對材料力學(xué)性能的研究，探究超聲波振動(dòng)對純鋁材料的軟化作用機(jī)理，同時(shí)進(jìn)行超聲波輔助純鋁微模壓成形及微模壓陣列成形，并使用 Abaqus 軟件進(jìn)行模擬，探究超聲波振動(dòng)參數(shù)對模壓工藝的影響規(guī)律。1.2 金屬微成形工藝國內(nèi)外研究現(xiàn)狀塑性微成形主要分為體積微成形和板材微成形兩種，板材微成形包括板材微

圖 1-1 微型平板熱管 圖 1-2 燃料電池裝配圖[4]由于塑性微成形的尺寸依賴性，當(dāng)零件尺寸減小時(shí)，材料成形過程會出現(xiàn)充填性能、摩擦以及流動(dòng)應(yīng)力會隨著材料的尺寸變化的現(xiàn)象。與傳統(tǒng)的宏觀塑性變形十分不同。當(dāng)微結(jié)構(gòu)尺寸十分小時(shí)，成形件的成形質(zhì)量已經(jīng)不能得到保證。隨著技術(shù)的發(fā)展，一些物理場輔助微成形工藝得到了迅速的發(fā)展，包括電磁輔助微成形、電流輔助微成形、超聲波輔助微成形等。目前已有研究表明超聲波振動(dòng)輔助微成形通過其體積效應(yīng)及表面效應(yīng)會降低材料成形載荷，從而提高材料的塑性變形能力。但是相比于超聲波輔助聚合物材料微模壓工藝方面的研究已經(jīng)比較成熟，而對于超聲波輔助金屬材料微模壓成形工藝的研究還比較少，本文擬進(jìn)行超聲波對材料力學(xué)性能的研究，探究超聲波振動(dòng)對純鋁材料的軟化作用機(jī)理，同時(shí)進(jìn)行超聲波輔助純鋁微模壓成形及微模壓陣列成形，并使用 Abaqus 軟件進(jìn)行模擬，探究超聲波振動(dòng)參數(shù)對模壓工藝的影響規(guī)律。1.2 金屬微成形工藝國內(nèi)外研究現(xiàn)狀塑性微成形主要分為體積微成形和板材微成形兩種，板材微成形包括板材微

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文的摩擦行為；南京航空航天大學(xué)的趙亞西、童國權(quán)[10]等人對黃銅鐓粗微成形當(dāng)中的尺寸效應(yīng)進(jìn)行了研究，研究表明 H62 黃銅鐓粗成形過程，隨著試樣比減小，材料的流動(dòng)應(yīng)力逐漸減小。針對這一現(xiàn)象，南航的學(xué)者采用了表面層進(jìn)行了解釋；又對 H62 黃銅微擠壓成形及成形過程中的尺寸效應(yīng)進(jìn)行了研究過圓柱體的雙杯擠壓實(shí)驗(yàn)，研究了在微擠壓過程中所存在的摩擦行為，結(jié)果，擠壓在潤滑狀態(tài)下，隨著試樣尺寸的逐漸減小，摩擦?xí)泻艽蠓鹊脑黾?

【參考文獻(xiàn)】

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9 何R

本文編號：2820366