SUS304不锈钢箔微冲裁尺寸效应研究

论文摘要

随着微机电系统的高速发展,工业上对微型零件的需求越来越迫切,产品微型化对微小构件的精确成形提出了更高的要求。微冲裁技术作为一种全新的塑性加工技术在整个加工制造业中正发挥着越来越重要的作用,加工零件尺寸精度高,断面质量好,在航空航天、精密电子仪器、生物医疗、军事国防等方面具有广阔的应用空间。本文针对微冲裁中出现的力学性能尺寸效应进行系统的研究,构建微成形中SUS304不锈钢箔混合本构模型,采用数值模拟与实验相结合的方法研究带材微冲裁过程,探索微冲裁力学性能尺寸效应,并在此基础上,开展SUS304不锈钢箔微冲孔工艺研究。通过SUS304不锈钢箔的单向微拉伸实验研究微拉伸尺寸效应,探索试样厚度和晶粒尺寸对SUS304不锈钢箔微拉伸的影响,并引入尺寸相关参数,基于表面层模型,将箔材表面晶粒视为单晶,内部晶粒视为多晶,建立微成形中SUS304不锈钢箔宏微结合的混合本构模型。采用ABAQUS/Explicit软件对不锈钢箔的带材微冲裁过程进行数值模拟,分析冲裁条件对带材微冲裁的影响规律。结果表明,带材微冲裁的变形过程和断面分布与普通冲裁类似;随着相对冲裁间隙和晶粒尺寸的增大,微冲裁的最大抗剪强度逐渐减小;随着带材宽度增加,微冲裁的最大抗剪强度逐渐增大。通过开展不锈钢箔带材微冲裁的实验研究,得到了与模拟结果相同的实验规律,验证了本文提出的不锈钢箔混合本构模型的合理性,揭示带材带材微冲裁机理。对冲裁断面进行质量分析,结果表明,随着冲裁间隙增大或冲裁速度减小,光亮带逐渐减小,断裂带逐渐增大。晶粒尺寸对带材微冲裁影响显著,细晶材料与粗晶材料相比,冲裁行程曲线具有更好的重复性。在微冲裁尺寸效应研究的基础上,开展了SUS304不锈钢箔微冲孔工艺研究,成功冲出最小直径100μm的微孔。通过扫描电镜和激光共聚焦显微镜对微孔表面和轮廓精度进行检测,结果表明,采用微冲孔技术制造出的微孔表面质量好,轮廓精度高,满足微孔类零件的高精度要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 板材微成形性能研究现状
• 1.2.1 微拉伸工艺研究现状
• 1.2.2 微拉深工艺研究现状
• 1.2.3 微弯曲工艺研究现状
• 1.2.4 微冲裁工艺研究现状
• 1.3 微冲裁机理研究现状
• 1.4 板材微成形数值模拟研究现状
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 微成形中SUS304 不锈钢箔本构建模及分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验条件
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 试样制备
• 2.2.3 实验参数
• 2.3 特征尺寸对SUS304 不锈钢箔微拉伸的影响
• 2.3.1 试样厚度对不锈钢箔微拉伸的影响
• 2.3.2 晶粒尺寸对不锈钢箔微拉伸的影响
• 2.4 微成形中SUS304 不锈钢箔的本构模型建立
• 2.5 本章小结
• 第3章 SUS304 不锈钢箔带材微冲裁过程有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 有限元模型的构建
• 3.2.1 几何模型的建立
• 3.2.2 材料模型及性能参数
• 3.2.3 模拟参数的选择
• 3.3 模拟结果及分析
• 3.3.1 微冲裁过程分析
• 3.3.2 断面分析
• 3.3.3 冲裁条件对带材微冲裁的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 SUS304 不锈钢箔带材微冲裁机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验条件和实验方案
• 4.2.1 实验设备
• 4.2.2 带材微冲裁模具
• 4.2.3 实验方案
• 4.3 冲裁条件对带材微冲裁机理的影响规律
• 4.3.1 冲裁间隙对带材微冲裁机理的影响
• 4.3.2 冲裁速度对带材微冲裁机理的影响
• 4.3.3 晶粒尺寸对带材微冲裁机理的影响
• 4.3.4 带材厚度对带材微冲裁机理的影响
• 4.3.5 带材宽度对带材微冲裁机理的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 SUS304 不锈钢箔微冲孔工艺研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验设备
• 5.3 冲裁条件对微孔冲裁尺寸效应的影响机理
• 5.3.1 冲裁间隙对微孔冲裁尺寸效应的影响
• 5.3.2 冲裁速度对微孔冲裁尺寸效应的影响
• 5.3.3 晶粒尺寸对微孔冲裁尺寸效应的影响
• 5.3.4 箔材厚度对微孔冲裁尺寸效应的影响
• 5.4 冲裁条件对微孔断面质量的影响规律
• 5.4.1 冲裁间隙对断面质量的影响
• 5.4.2 冲裁速度对断面质量的影响
• 5.5 微冲孔工艺试验
• 5.5.1 试验条件
• 5.5.2 微孔质量评价
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢