超声辅助微塑性成形过程超声尺度效应研究

摘要

传统的金属微塑性成形工艺由于微成形过程中尺寸效应的影响，坯料在成形过程中摩擦力变大，成形性能降低。而超声辅助微塑性镦挤成形工艺是结合超声波机械振动能，使坯料在载荷作用下发生微塑性变形的一种成形方法。超声辅助微塑性镦挤成形过程中的超声效应降低了材料流动应力，改善了工模具间接触状况。本文将超声振动引用到微塑性成形过程中，采用实验研究结合仿真分析的方法，研究当材料变形尺度较小时，超声振动对于材料变形规律的影响。
　　针对超声辅助微镦挤成形过程，设计并搭建了浮动式超声辅助镦挤成形装置，实验研究超声辅助镦挤成形过程中超声振幅对于材料变形的影响，以及超声辅助微镦挤过程中超声尺度效应。研究表明：（1）使用浮动式实验装置进行超声辅助镦粗时，成形工件形状与固定式实验装置所得的成形工件有明显不同，超声辅助镦挤实验表明，表明浮动式实验装置的成形工件小孔填充能力更好。（2）超声振动提高了工件的成形能力，显著的提高了成形工件地的材料流动。此外，超声辅助镦挤成形工件表面出现明显的黑色物质，并且随振幅的增大，现象更加明显。（3）微塑性成形过程中，随着坯料直径的减小（（1.5mm~0.5mm）），材料的流动更加困难，出现明显的尺寸效应，材料的挤出长度明显越来越小，且坯料尺寸越小，尺寸效应越明显。引入超声振动后，可以发现，随成形工件的尺寸下降，材料的成形能力上升，超声振动明显提高了材料的小孔填充能力，改善了微塑性成形过程中材料的尺寸效应。（4）基于相对增量的表征超声镦挤过程超声尺度效应研究发现相对于模具小孔直径1.5mm的相对增量，模具小孔直径1mm、0.8mm、0.5mm的相对增量有显著的增大，说明在超声辅助微塑性成形过程中，超声振动明显高了材料的成形能力，存在明显的超声尺度效应。
　　采用有限元仿真技术，研究了超声辅助微镦挤成形过程工件的成形模式和材料变形规律：基于材料变形等效原则，采用仿真技术研究了材料应力软化效应和摩擦降低对于成形过程的影响，发现仅用两者不足以模拟超声振动对于微小孔填充能力改善的效果。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 超声辅助塑性成形理论研究

1.3 微塑性成形理论及工艺研究

1.4 超声辅助微成形理论及工艺研究

1.5 研究内容及意义

1.6 本章小结

第二章 浮动式实验装置设计及调试

2.1 引言

2.2 超声变幅杆设计与仿真

2.3 实验平台搭建

2.4 浮动式实验装置性能研究

2.5 浮动式实验装置与传统实验装置对比分析

2.6 本章小结

第三章 超声辅助纯铝微镦挤成形过程实验研究

3.1 引言

3.2 实验内容规划

3.3 不同振幅下超声辅助镦挤过程实验研究

3.4 超声辅助微塑性成形过程实验研究

3.5 本章小结

第四章 超声辅助微镦挤成形过程仿真及理论分析

4.1 引言

4.2 超声辅助微镦挤成形过程仿真研究

4.3 基于相对增量的表征超声镦挤过程超声尺度效应研究

4.4 超声辅助微镦挤成形过程机理探讨

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录：作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目