温挤压微成形系统及数值模拟研究

论文摘要

随着微机电系统和微电子工业的迅速发展,微型化产品越来越受到青睐。但是,传统的微细加工技术已无法满足三维复杂形状微型零部件的批量化生产,也限制了加工材料的多样性。作为微塑性成形技术之一的微挤压成形,适合成形形状复杂的微器件,且满足批量生产的要求。本文针对微挤压中冷热成形的不足,提出了温挤压微成形工艺,并进行了温挤压微成形系统设计。另外,利用ABAQUS有限元软件就温挤压微成形进行了数值模拟。主要研究工作有:首先,对温挤压微成形系统进行了研究设计。该系统主要包括激光加热部分、挤压模具、凹模加热和温控组件、压力施加机构、进给机构、三维微动平台等部分。采用激光照射的非接触式加热方式对毛坯进行加热,通过控制激光功率和光斑直径可对毛坯实现有选择性的加热,可控性好,效率高。同时对该系统的工作原理进行了阐述。其次,通过微压缩实验研究了在流动应力方面表现出的“尺度效应”问题,以及流动应力和变形程度、应变速率以及不同润滑条件等参数的关系。讨论了压缩中流动应力的修正问题,并采用鼓度法对材料流动应力进行修正,修正后的最大流动应力减小了5%左右,获取了真实应力-应变曲线,为有限元分析提供数据准备。最后,利用ABAQUS/Explicit模块模拟了铝合金材料的温挤压微成形过程,探索出坯料在微挤压筒内的流动行为和工艺参数对温挤压微成形规律的影响。从等效应变、应力分布、挤压力变化、温度分布以及流动速度等方面来分析成形温度、挤压速度、不同润滑条件等参数对成形性能的影响,为其模具优化设计提供依据。最后采用挤出端凸度作为标准来评价微挤压件的成形性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微塑性成形的研究现状
• 1.2.1 微成形中尺度效应的研究
• 1.2.3 微成形工艺研究
• 1.2.4 微成形工艺设备研究
• 1.3 课题研究背景及来源
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 温挤压微成形系统
• 2.1 温挤压成形理论
• 2.1.1 温挤压工艺
• 2.1.2 温挤压的温度影响
• 2.1.3 挤压时的温升
• 2.1.4 温挤压用润滑剂
• 2.1.5 温挤压用模具
• 2.2 温挤压微成形系统
• 2.2.1 系统组成及介绍
• 2.2.2 工作原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 微压缩实验
• 3.1 实验数据处理的理论依据
• 3.2.1 真实应变的计算
• 3.2.2 真实应力的计算
• 3.2 微压缩实验
• 3.3 实验结果分析
• 3.3.1 尺度效应的实验研究
• 3.3.2 变形速度对流动应力的影响
• 3.3.3 变形程度对流动应力的影响
• 3.3.4 不同润滑条件对流动应力的影响
• 3.4 微压缩实验中摩擦的理论研究
• 3.4.1 压缩中流动应力的修正
• 3.4.2 摩擦和鼓度的相关理论
• 3.4.3 微压缩数值模拟
• 3.4.4 鼓度和应变间关系的应用
• 3.5 本章小结
• 第四章 温挤压微成形的数值模拟
• 4.1 数值模拟理论
• 4.1.1 刚塑性有限元理论
• 4.1.2 ABAQUS软件介绍
• 4.2 温挤压微成形数值模拟
• 4.2.1 有限元模型的建立
• 4.2.2 变形温度的影响
• 4.2.3 挤压速度的影响
• 4.2.4 摩擦润滑条件的影响
• 4.3 挤压件成形品质的评价
• 4.3.1 不同温度下挤压件的挤出端凸度
• 4.3.2 不同速度下挤压件的挤出端凸度
• 4.3.3 不同摩擦条件下挤压件的挤出端凸度
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 研究总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间发明的专利