【摘要】：近年來，隨著電子產(chǎn)品的微型化，介觀尺度的微型、微細(xì)零件在電子工業(yè)和精密機(jī)械兩大行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，其市場需求量逐年快速增長，介觀尺度的成形技術(shù)也逐漸成為各國制造業(yè)大力發(fā)展的對(duì)象。但是，介觀尺度成形面臨的許多難題卻嚴(yán)重阻礙著它的發(fā)展：在介觀尺度成形中，流動(dòng)應(yīng)力的尺度效應(yīng)現(xiàn)象在多種試驗(yàn)中均有觀察到，但尚無有力的參數(shù)來刻畫該尺度效應(yīng)，現(xiàn)有理論模型的適用性和參數(shù)的正確性都不盡完備；摩擦尺度效應(yīng)中，現(xiàn)有模型未能從微觀本質(zhì)上揭示其機(jī)理，模型的建立和計(jì)算也存在模糊區(qū)域；介觀薄板成形尤其是拉深成形國內(nèi)開展研究較少。因此，解決這些問題是提高介觀尺度下成形的工藝水平和促進(jìn)微細(xì)成形產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。本文對(duì)國內(nèi)外介觀尺度成形的研究成果，尤其是關(guān)于流動(dòng)應(yīng)力、模具與工件間摩擦和薄板成形這幾方面的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的研究，根據(jù)存在的問題制定了理論研究的方向，，搭建了若個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并開展了有針對(duì)性的試驗(yàn)研究。根據(jù)試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)和微觀形貌的特點(diǎn)，分別推導(dǎo)、建立了基于SAP的流動(dòng)應(yīng)力尺度效應(yīng)模型和基于潤滑區(qū)面積比的摩擦系數(shù)尺度效應(yīng)理論模型。將具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了文中提出這兩個(gè)尺度效應(yīng)模型是正確、可行的。本課題設(shè)計(jì)了介觀尺度的拉深模具并制備了介觀圓筒拉深件，通過對(duì)拉深件質(zhì)量的分析，驗(yàn)證了前文的理論和積累了一定的工藝參考。 本文具體進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作： 1.分別對(duì)銅單個(gè)晶粒、銅單晶、銅多晶的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行了分析和拉伸試驗(yàn)；對(duì)壓縮面力下的銅雙晶不同晶界方向的晶粒、晶界變形進(jìn)行了模擬和試驗(yàn)，結(jié)果表明：晶界處存在明顯的應(yīng)力集中和應(yīng)力梯度現(xiàn)象；垂直晶界面存在周期性扭曲變形；垂直晶界雙晶體中孔洞和裂紋分布位置更集中于滑移線上或臨近滑移線某一側(cè)。這些研究為后續(xù)的章節(jié)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 2.對(duì)介觀尺度下不同厚度、不同寬度、不同晶粒尺寸的試樣進(jìn)行批量拉伸試驗(yàn)，結(jié)果表明：隨著尺度的減小，流動(dòng)應(yīng)力呈現(xiàn)減小趨勢，表現(xiàn)出了明顯的尺度效應(yīng)；分別討論了厚度、寬度、晶粒尺寸對(duì)尺度效應(yīng)的影響，構(gòu)建了參數(shù)-表層面積比SAP來對(duì)尺度效應(yīng)進(jìn)行刻畫；對(duì)產(chǎn)生流動(dòng)應(yīng)力尺度效應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了分析、揭示，推導(dǎo)了介觀成形的流動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變的理論模型即SAP相關(guān)的過渡式表面層模型，對(duì)模型的參數(shù)k取值進(jìn)行了討論，得出k值的取值范圍；結(jié)合本文的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)該模型進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證。 3.基于拉脹測試原理搭建了介觀尺度下摩擦系數(shù)測試平臺(tái)，對(duì)不同厚度、寬度、晶粒大小的試樣分別進(jìn)行潤滑條件下和非潤滑條件下摩擦系數(shù)的測定，結(jié)果表明：隨著試樣尺度的減小，其摩擦系數(shù)呈現(xiàn)增大趨勢，表現(xiàn)出了明顯的尺度效應(yīng)。對(duì)已有的摩擦尺度效應(yīng)的理論模型進(jìn)行了研究、分析，指出了該模型和算法中“開口潤滑包”的寬度并非是固定的，該區(qū)域?qū)δΣ脸叨刃?yīng)的產(chǎn)生不起關(guān)鍵的作用。 4.設(shè)計(jì)搭建了適合制備介觀尺度試樣摩擦面形貌的試驗(yàn)臺(tái)，制備了摩擦面的形貌，對(duì)形貌進(jìn)行了顯微形貌觀察。對(duì)摩擦面的潤滑區(qū)進(jìn)行了著重的觀察和分析，引入了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中圖像識(shí)別原理，計(jì)算了潤滑區(qū)的面積比例。根據(jù)各區(qū)域的面積變化對(duì)摩擦尺度效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析和揭示。結(jié)果表明：隨著試樣尺度的減小，其摩擦面上的潤滑區(qū)面積比例逐漸減小造成了摩擦系數(shù)的增大。推導(dǎo)、建立了基于潤滑區(qū)面積比的摩擦尺度效應(yīng)理論模型，對(duì)理論模型的主要參數(shù)進(jìn)行了討論，并用實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算。 5.設(shè)計(jì)了適合本實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕橛^尺度拉深模具，進(jìn)行了拉深試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)得到的微形圓筒進(jìn)行高度、破裂方式和壁厚的觀察與測試。根據(jù)前文的研究結(jié)論，對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了分析，得到了拉深件的高度、壁厚、失效破裂的影響因素和方式。 盡管本文就介觀尺度成形的流動(dòng)應(yīng)力和摩擦以及拉深模具幾方面行了大量的試驗(yàn)研究和理論分析，取得了一定成果，但仍存在一些不足：如摩擦模型中k的取值，若通過模擬或觀察到這些過渡層不同的應(yīng)力狀態(tài)，將使得k值更加準(zhǔn)確；介觀拉深模具如果能涉及更多的環(huán)節(jié)將使研究更完備，這些在后續(xù)研究中應(yīng)積極展開。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH117

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2446439