基于多晶体塑性模型的辊式微楔横轧过程数值模拟

摘要

电子、医疗、机械等领域对微型轴类件的需求日益增加，但目前的微型轴类件加工方式满足不了市场所要求的大批量、高效率以及精度较高等特点要求，而楔横轧技术在成形轴类件方面有独特的优势，具有效率高、环境友好、材料利用率高等特点，因此把楔横轧塑性成形技术应用到微成形领域，加工微型轴类件。然而传统的楔横轧塑性模型及理论无法体现工件尺寸微型化对其成形的影响。所以为了能够模拟辊式微楔横轧技术，需要采用合适的细观几何模型和多晶体塑性模型来模拟微型轴成形过程，并对相关模拟参数进行优化。
　　首先，针对微尺度下工件中仅仅包含十到几十个晶粒，晶粒的大小、数量将会对工件塑性成形产生显著影响的问题，本文建立了基于voronoi原理的光滑模型和粗糙模型。三维voronoi多面体和真实多晶体材料的细观结构具有一定相似性，光滑模型的晶界与 voronoi多面体重合，粗糙模型通过对 voronoi图离散获得，与 voronoi图相近似。
　　其次，建立晶体结构细观几何模型后，为了分析材料变形多晶体塑性特性，论文通过赋予微型轴内不同晶粒不同的塑性变形特征，建立两种多晶体塑性模型。并对比材料随动双线性动态硬化模型和经验模型得出，后者更能真实反映微成形的变形。材料中晶粒所具有的初始取向对微型轴的成形质量有很大影响，通过电子背散射衍射技术得到晶粒初始取向，并编程将其设置在微型轴类件材料模型中。
　　最后，通过将光滑/粗糙 voronoi几何模型和经验模型相结合，论文建立了成形微型轴辊式微楔横轧限元分析模型。仿真分析后，得出这两类有限元模型的优缺点，发现后者所获得的工件成形几何精度更好并且计算开销少。辊式微楔横轧模拟中网格细化和晶粒数量对模拟精度有很大影响，分析得出采用网格尺寸为0.03mm的网格单元且包含82个晶粒的粗糙模型，可以比较准确的描述晶体内晶粒的复杂变形。在辊式微楔横轧中摩擦系数决定产品成形过程，研究发现当摩擦系数为0.8时，工件成形几何精度较好，为实际的生产加工提供了参考。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 微成形技术概况

1.2 微楔横轧成形技术简介

1.3 基于晶体模型的微楔横轧数值模拟研究现状

1.4 论文主要研究内容

第2章 辊式微楔横轧工作原理及模具设计

2.1 引言

2.2 辊式微楔横轧的工作原理

2.3 工件成形条件

2.4 模具设计

2.5 本章小结

第3章 晶体细观几何模型的建立

3.1 引言

3.2 基于voronoi图晶体细观几何模型

3.3 两类晶体细观几何模型的建立

3.4 本章小结

第4章 多晶体塑性模型的建立及晶粒取向研究

4.1 引言

4.2 多晶体塑性变形特征

4.3 多晶体塑性模型对工件成形的影响

4.4 晶粒初始取向的设置

4.4 本章小结

第5章 辊式微楔横轧模拟精度及成形因素分析

5.1 引言

5.2 网格细化对模拟精度的影响

5.3 晶粒数量对模拟精度的影响

5.4 摩擦系数对工件成形质量的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢