本文關(guān)鍵詞：準(zhǔn)靜態(tài)加載與激光沖擊動(dòng)態(tài)加載金屬箔板微彎曲尺寸效應(yīng)研究

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【摘要】：隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,微制造已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì),出現(xiàn)了多種新型微成形工藝,但是隨著微零件的幾何尺寸的微小化,材料的流動(dòng)應(yīng)力與宏觀尺度下有著顯著的區(qū)別,其表現(xiàn)出的尺寸效應(yīng)已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。本文通過搭建激光沖擊動(dòng)態(tài)加載軟模微彎曲成形系統(tǒng)和試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)靜態(tài)加載軟模微彎曲成形系統(tǒng),對(duì)比研究在高、低應(yīng)變速率的工藝條件下,銅箔晶粒尺寸(d)、銅箔厚度與晶粒尺寸的比值N(N=t/d)、模具特征尺寸(W)對(duì)微彎曲成形性能的影響。同時(shí),基于ANSYS隱式分析和LS-DYNA顯式分析,完成了試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)靜態(tài)加載和激光沖擊動(dòng)態(tài)加載微彎曲成形的數(shù)值模擬研究;并且,探討了晶粒尺寸對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)微彎曲成形性能的影響。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:(1)在成形深度、形變均勻性和顯微硬度三個(gè)方面,激光沖擊動(dòng)態(tài)加載和試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)靜態(tài)加載軟模微彎曲成形工藝均表現(xiàn)出強(qiáng)烈的尺寸效應(yīng)。通過基恩士VHX-1000超景深三維顯微鏡對(duì)成形件成形深度進(jìn)行測(cè)量,研究表明:成形件的標(biāo)準(zhǔn)成形深度隨著N值的減小,均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。通過Axio CSM700真彩色共聚焦顯微鏡對(duì)零件表面粗糙度進(jìn)行測(cè)量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著晶粒尺寸的增大,成形件的表面粗糙度均呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。通過對(duì)成形件關(guān)鍵點(diǎn)減薄率的測(cè)量,研究發(fā)現(xiàn):成形件的減薄率隨著晶粒尺寸的增大均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì);并且,晶粒尺寸越大,其形變愈不均勻。采用HV-1000型顯微維氏硬度計(jì)對(duì)動(dòng)態(tài)加載前后的銅箔進(jìn)行顯微硬度測(cè)量,結(jié)果顯示:動(dòng)態(tài)加載前后的材料顯微硬度隨著N值的增大均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì);激光沖擊動(dòng)態(tài)加載之后,材料的顯微硬度相對(duì)于原材有了明顯的提高;同時(shí),材料的顯微硬度隨著塑性應(yīng)變的增大而增大,并且粗晶材料表現(xiàn)出更強(qiáng)的加工硬化行為。(2)對(duì)于成形能力,在準(zhǔn)靜態(tài)加載下,材料的極限成形深度隨著晶粒尺寸的增大而降低;同時(shí),隨著加載力的增大,不同晶粒尺寸下的工件均發(fā)生韌性斷裂破壞。而對(duì)于激光沖擊動(dòng)態(tài)加載,當(dāng)激光能量達(dá)到2J時(shí),工件以高應(yīng)變率發(fā)生塑性形變,產(chǎn)生的晶粒細(xì)化、高位錯(cuò)密度、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶等微觀組織結(jié)構(gòu)的演化,將極大的提高材料的動(dòng)態(tài)成形能力,使得成形件能夠較好的貼合模具,并且未發(fā)生斷裂破壞,表現(xiàn)出更好的成形能力。(3)通過數(shù)值模擬對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)加載和激光沖擊動(dòng)態(tài)加載軟模微彎曲成形進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn),隨著模具特征尺寸的增大,工件成形深度逐漸增大。激光沖擊動(dòng)態(tài)加載軟模微彎曲成形件的關(guān)鍵點(diǎn)的等效塑性應(yīng)變、等效塑性應(yīng)變率均隨著模具特征尺寸的增大而減小,與準(zhǔn)靜態(tài)加載表現(xiàn)出相反的規(guī)律。(4)由于缺乏動(dòng)態(tài)加載下,銅箔晶內(nèi)晶界材料的本構(gòu)模型,因此本文僅在準(zhǔn)靜態(tài)加載條件下,探討晶粒尺寸、晶界強(qiáng)化行為對(duì)軟模微成形行為的影響。本文通過Voronoi算法,分別構(gòu)建了四種晶粒尺寸下,銅箔晶內(nèi)晶界幾何模型;基于位錯(cuò)密度模型分別建立了紫銅晶內(nèi)晶界材料的本構(gòu)模型。數(shù)值模擬結(jié)果表明:當(dāng)N1時(shí),隨著晶粒尺寸的增大,工件成形深度、表面粗糙度逐漸增大。本文的研究?jī)?nèi)容表明:在成形深度、形變均勻性以及顯微硬度方面,激光動(dòng)態(tài)加載微彎曲成形依然存在著與準(zhǔn)靜態(tài)微彎曲成形相似的尺寸效應(yīng);但是,激光沖擊動(dòng)態(tài)成形表現(xiàn)出更好的成形能力,為動(dòng)態(tài)微成形工藝的實(shí)際應(yīng)用提供了理論和試驗(yàn)指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：激光沖擊 動(dòng)態(tài)加載 準(zhǔn)靜態(tài)加載 尺寸效應(yīng) 微彎曲 軟模成形
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 金屬箔板微彎曲成形國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 傳統(tǒng)微彎曲成形技術(shù)13-14
• 1.2.2 軟模微彎曲成形技術(shù)14-16
• 1.2.3 激光沖擊動(dòng)態(tài)加載軟模微彎曲成形技術(shù)16-18
• 1.3 微塑性成形尺寸效應(yīng)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 本課題的提出、主要內(nèi)容及意義、來源20-24
• 1.4.1 本課題的提出20-22
• 1.4.2 本課題的主要內(nèi)容及意義22-23
• 1.4.3 課題來源23-24
• 第二章 金屬箔板微彎曲成形理論研究24-39
• 2.1 金屬塑性變形機(jī)制24-26
• 2.1.1 晶內(nèi)變形機(jī)制24-26
• 2.1.2 晶間變形機(jī)制26
• 2.2 微塑性流動(dòng)應(yīng)力模型26-32
• 2.2.1 Hall-Petch模型27-28
• 2.2.2 表面層模型28-29
• 2.2.3 復(fù)合模型29-30
• 2.2.4 應(yīng)變梯度硬化模型30-32
• 2.3 激光沖擊動(dòng)態(tài)加載軟模微彎曲成形理論研究32-38
• 2.3.1 激光與物質(zhì)的相互作用及其力學(xué)模型33-35
• 2.3.2 激光沖擊動(dòng)態(tài)加載軟模加載試樣35-36
• 2.3.3 激光沖擊動(dòng)態(tài)加載高應(yīng)變率塑性變形36-38
• 2.4 小結(jié)38-39
• 第三章 銅箔微彎曲實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建39-49
• 3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備39-44
• 3.1.1 試樣制備及熱處理39-42
• 3.1.2 微模具設(shè)計(jì)與制造42-44
• 3.2 準(zhǔn)靜態(tài)加載軟模微彎曲實(shí)驗(yàn)平臺(tái)44-45
• 3.2.1 準(zhǔn)靜態(tài)加載軟模微彎曲實(shí)驗(yàn)原理44-45
• 3.2.2 準(zhǔn)靜態(tài)軟模微彎曲實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)45
• 3.3 激光沖擊動(dòng)態(tài)加載軟模微彎曲實(shí)驗(yàn)平臺(tái)45-47
• 3.3.1 激光沖擊動(dòng)態(tài)加載軟模微彎曲實(shí)驗(yàn)原理45-47
• 3.3.2 激光沖擊動(dòng)態(tài)加載軟模微彎曲實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第四章 銅箔微彎曲尺寸效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究49-71
• 4.1 成形深度尺寸效應(yīng)研究49-52
• 4.2 形變均勻性尺寸效應(yīng)研究52-59
• 4.2.1 表面粗糙度尺寸效應(yīng)研究53-56
• 4.2.2 截面減薄率尺寸效應(yīng)研究56-59
• 4.3 顯微硬度尺寸效應(yīng)研究59-65
• 4.3.1 尺寸效應(yīng)對(duì)顯微硬度的影響60-62
• 4.3.2 激光沖擊動(dòng)態(tài)加載對(duì)顯微硬度的影響62-64
• 4.3.3 塑性形變對(duì)顯微硬度的影響64-65
• 4.4 成形能力尺寸效應(yīng)研究65-69
• 4.4.1 準(zhǔn)靜態(tài)加載對(duì)成形能力的影響65-68
• 4.4.2 激光沖擊動(dòng)態(tài)加載對(duì)成形能力的影響68-69
• 4.5 本章小結(jié)69-71
• 第五章 銅箔微彎曲數(shù)值模擬研究71-80
• 5.1 分析方法71-72
• 5.2 材料本構(gòu)模型72-75
• 5.2.1 準(zhǔn)靜態(tài)加載中銅箔、模具本構(gòu)模型72-73
• 5.2.2 激光沖擊動(dòng)態(tài)加載銅箔本構(gòu)模型73-74
• 5.2.3 軟模材料本構(gòu)模型74-75
• 5.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析75-79
• 5.3.1 成形深度分析75-76
• 5.3.2 等效塑性應(yīng)變分布76-78
• 5.3.3 等效塑性應(yīng)變率分布78-79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 第六章 準(zhǔn)靜態(tài)微彎曲尺寸效應(yīng)數(shù)值模擬研究80-96
• 6.1 分析方法80-81
• 6.2 銅箔本構(gòu)模型81-83
• 6.3 幾何模型及邊界條件83-87
• 6.3.1 晶粒結(jié)構(gòu)幾何模型83-86
• 6.3.2 邊界條件86-87
• 6.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析87-95
• 6.4.1 晶界強(qiáng)化行為87-89
• 6.4.2 等效塑性應(yīng)變與應(yīng)力分布89-91
• 6.4.3 晶粒尺寸對(duì)成形深度影響91-92
• 6.4.4 晶粒尺寸對(duì)表面粗糙度影響92-95
• 6.5 本章小結(jié)95-96
• 第七章 總結(jié)與展望96-99
• 7.1 研究?jī)?nèi)容總結(jié)96-97
• 7.2 展望97-99
• 參考文獻(xiàn)99-106
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文106-107
• 致謝107

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本文編號(hào)：823120