微尺度下纯铜箔的力学性能及弯曲回弹研究

摘要

近年来，随着电子工业和精密机械及装置的高速发展，微细零件在电子、通讯、医疗、航空航天等领域中的应用愈加广泛。微塑性成形技术以其少无切削加工、低成本、高效率、高产量、产品性能好等优点成为微细零件批量化生产的首选加工方法。然而，由于试样尺寸的微小化，金属箔板成形过程中材料的成形机理和变形规律不同于宏观成形，表现出强烈的尺寸效应，制约了微板料成形技术的发展。因此，对微尺度下材料力学性能的尺寸效应进行研究，对促进金属箔板微成形技术的发展具有重要的意义。
　　本文以T2纯铜箔为实验材料，通过热处理实验和单向微拉伸实验研究轧制态各向异性、坯料厚度、晶粒尺寸、氧化膜等对微尺度下材料力学性能的影响规律。拉伸实验结果表明:对于原始轧制态的纯铜箔，当试样取向相同时，随坯料厚度减薄，屈强比增加，延伸率下降;当坯料厚度相同时，平行于轧制方向的试样的力学性能要优于垂直于轧制方向的力学性能。对于高温保护气氛下退火处理后的纯铜箔，坯料厚度不变时，材料流动应力随晶粒尺寸的增大而减小;热处理工艺相同时，不同厚度的纯铜箔表现出两种不同的尺寸效应:t＞0.05mm时，表现出“越小越弱”的尺寸效应现象，t＜0.05mm，表现出“越小越强”的尺寸效应现象。对于低温不同气氛下退火处理后的纯铜箔，氧化退火后的材料的流动应力要高于真空退火后的材料，说明氧化膜在微成形中对材料的力学性能有显著影响。利用ABAQUS软件构建了V形自由弯曲有限元模型，采用拉伸实验获得的材料本构模型，对纯铜箔微弯曲成形及回弹过程进行了模拟，研究了坯料厚度、晶粒尺寸、氧化膜、凸模圆角半径等对弯曲回弹的影响规律，并且给出了减小弯曲回弹的措施。模拟结果表明:弯曲件的回弹量随坯料厚度的减小而增大，厚度越薄，回弹量的增加速度越快，表现出一定的尺寸效应;回弹量随晶粒尺寸的增大而减小，随相对厚度的增大而增大;回弹量随着凸模圆角半径的增大而增大;氧化膜的存在也会一定程度上增加弯曲回弹量。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 微板料成形工艺研究现状

1．2．1 微拉深

1．2．2 微冲裁

1．2．3 微弯曲

1．3 微塑性成形的尺寸效应研究

1．3．1 力学性能尺寸效应

1．3．2 摩擦尺寸效应

1．4 微板料成形的数值模拟研究

1．5 本课题的意义和主要研究内容

第2章 纯铜箔热处理工艺及微观组织

2．1 引言

2．2 实验材料及热处理工艺

2．3 热处理实验设备及试样制备

2．3．1 热处理实验设备

2．3．2 试样制备

2．4 高温保护气氛退火热处理工艺及其微观组织

2．5 氧化退火热处理工艺及其微观组织

2．6 小结

第3章 纯铜箔微拉伸实验研究

3．1 引言

3．2 实验设备选择及试样制备

3．3 微拉伸实验方法

3．4 微拉伸实验结果及分析

3．4．1 轧制变形量对力学性能的影响

3．4．2 轧制方向对力学性能的影响

3．4．3 晶粒尺寸和坯料厚度对力学性能的影响

3．4．4 氧化膜对力学性能的影响

3．5 本章小结

第4章 纯铜箔微弯曲回弹的数值模拟

4．1 引言

4．2 ABAQUS软件介绍

4．3 纯铜箔微弯曲有限元数值模拟模型的构建

4．3．1 几何模型的建立

4．3．2 单元类型的选择

4．3．3 本构方程的建立

4．3．4 接触条件和约束的处理

4．3．5 有限元算法选择及回弹计算

4．4 微弯曲回弹模拟结果与分析

4．4．1 坯料厚度对微弯曲回弹的影响

4．4．2 晶粒尺寸对微弯曲回弹的影响

4．4．3 氧化膜对微弯曲回弹的影响

4．4．4 凸模圆角半径对微弯曲回弹的影响

4．5 减小微弯曲回弹的措施

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢