純銅箔材微拉深晶體塑性模擬及工藝研究.pdf

1、微塑性成形具有批量生產(chǎn)、高效率、低成本、無污染和凈成形等優(yōu)點(diǎn)，成為了微制造工藝發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)方向。而當(dāng)零件尺寸減小，塑性成形過程表現(xiàn)出了與宏觀不同的尺寸效應(yīng)，同時(shí)傳統(tǒng)的材料模型也不再適用。為研究材料和模具尺寸對(duì)成形過程的影響，本文使用T2純銅箔進(jìn)行了微拉深實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合晶體塑性理論和表面晶粒模型構(gòu)建了材料模型，對(duì)微拉深過程進(jìn)行數(shù)值模擬，探究了拉深力和零件壁厚等變形行為的變化規(guī)律。具體工作如下：
　　本文介紹和推導(dǎo)了晶體塑性理論的動(dòng)力

2、學(xué)公式和本構(gòu)方程，然后推導(dǎo)了基于隱式積分的數(shù)值求解公式，方程組迭代求解采用了兩級(jí)迭代過程。隨后利于Fortran語言在Abaqus商用有限元軟件的UMAT子程序中實(shí)現(xiàn)了材料模型。分別對(duì)銅單晶拉伸和壓縮過程進(jìn)行模擬，通過文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證可知，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合程度較好。
　　對(duì)200μm到50μm厚的銅箔以1×10-3s-1的應(yīng)變速率進(jìn)行了單向拉伸實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過熱處理后，50μm的銅箔的屈服強(qiáng)度均明顯低于200μm厚的銅箔，驗(yàn)證了材料

3、流動(dòng)應(yīng)力隨著尺寸的減小而降低的尺寸效應(yīng)。而基于表面晶粒模型結(jié)合晶體塑性模型進(jìn)行了單向拉伸模擬，能夠正確反映尺寸效應(yīng)，確定了材料參數(shù)。
　　使用構(gòu)建的材料模型，對(duì)微拉深過程進(jìn)行了數(shù)值模擬?；跓o量綱原理，設(shè)計(jì)了不同尺寸，形狀相似的拉深模型，并研究了不同沖頭圓角半徑，不同摩擦系數(shù)的影響。隨著沖頭圓角半徑的增加，最大拉深力下降，且最大拉深力對(duì)應(yīng)的沖程增加。而隨著摩擦系數(shù)的增加，最大拉深力增加。隨著尺寸因子的減小，成形的杯形件的最大應(yīng)變和

4、應(yīng)力增加，標(biāo)準(zhǔn)化的最大拉深力降低，而消除了材料屈服應(yīng)力的影響的二次標(biāo)準(zhǔn)化的最大拉深力隨著增大。
　　設(shè)計(jì)并制造了微拉深模具，進(jìn)行了拉深實(shí)驗(yàn)，成功制得不同尺寸和形狀的微小杯形件。沖頭圓角對(duì)最大拉深力的影響規(guī)律與模擬結(jié)果相似，但隨著沖頭直徑減小到0.5mm，沖頭圓角對(duì)最大拉深力的影響在降低。尺寸因子從2降到0.5，標(biāo)準(zhǔn)化最大拉深力減小，但二次標(biāo)準(zhǔn)化最大拉深力增大。不同尺寸因子的杯形件厚度分布規(guī)律相似，均是先減小后增大，與模擬結(jié)果一致。