微型管件双面液压胀形装置和工艺研究

摘要

电子、医疗、微器械等行业对金属微型管件的需求量日益增强，需要一种能够大规模生产微型管件的方法。液压成型工艺在大规模生产管状形状复杂的零件时潜力无穷。但由于微型管件壁厚处于亚毫米级别，因此晶粒的大小、取向等微观组织结构对微小零件的材料性能、塑性变形规律、以及成形工艺的影响十分突出。微尺度效应的存在，使得微型管件的塑性低，成形性能差。本文针对微型管件塑性低、成形性能差的不足，以SS304微管为研究对象，首先阐明了塑性微成形相关的理论基础，然后对微型管件双面液压成型工艺作了研究。通过拉伸试验和胀形试验分别研究了SS304微管的材料性能的尺寸效应和微管壁厚、晶粒尺寸对微管成形性能的影响，发现:1）SS304微管随着壁厚的减小，表现出“越薄越强”和“越薄越脆”的尺寸效应，2）SS304微管的胀破压力和抗拉强度的比值与宏观尺度下的管件的胀破压力和抗拉强度的比值偏离较大，导致这种偏差的主要原因与SS304微管材料性能的尺寸效应有关;设计了微型管件双面液压胀形装置，进行了外径为2mm，壁厚为0.3mm的SS304微管双面液压胀形试验，得到的结论是背压的引入可以提高微型管件成形性能;微管液压胀形过程中微观组织的变化对液压成型工艺的研究至关重要，本研究探究了三维多晶模型和多尺度有限元模型的建模方法及微观多晶模型对宏观管件位移边界条件的继承方法，为今后探究微型管件液压成型过程中微观组织的变化打下基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 塑性微成形尺寸效应概述

1．3 双面液压成型工艺概述

1．4 晶体塑性有限元概述

1．5 论文的主要研究内容

2 SS304微型管件单向拉伸试验及其尺寸效应的研究

2．1 单向拉伸试验

2．2 单向拉伸试验结果分析

2．3 本章小结

3 微型管件双面液压成型装置的设计

3．1 微型管液压成型装置模具设计

3．2 微型管液压成型装置控制系统设计

3．2．1 触摸屏PLC一体机简介

3．2．2 EX2N-70HN触摸屏程序编制

3．2．3 EX2N-70HNPLC程序编制

3．3 本章小结

4 SS304微型管件胀形试验

4．1 晶粒大小、壁厚对微型管件胀形性能的影响

4．1．1 胀形装置

4．1．2 胀形试验及结果分析

4．2 微型管件双面液压胀形

4．2．1 双面液压胀形有限元模拟

4．2．2 双面液压胀形模具

4．2．3 双面液压胀形试验

4．2．4 双面液压胀形结果分析

4．3 本章小结

5 晶体塑性有限元理论及三维多晶有限元模型建模

5．1 晶体学的基础知识

5．1．1 晶向指数与晶面指数

5．1．2 晶体取向欧拉角表示法

5．1．3 极射赤面投影

5．1．4 晶体材料的滑移系

5．2 晶体塑性本构关系

5．2．1 晶体变形几何学

5．2．2 晶体的本构关系

5．2．3 硬化模型及硬化公式

5．3 多晶微观模型建模软件Neper

5．3．1 二维多晶模型

5．3．2 三维多晶模型

5．4 晶体塑性本构关系在ABAQUS中的实现方法

5．5 微型管件双面液压胀形微观三维多晶有限元模型建模方法

5．5．1 宏观有限元模型建立

5．5．2 微观多晶有限元模型对宏观边界条件的继承方法

5．6 本章小结

6 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况