TA1纯钛微型杯件软模微拉深成形工艺研究

目的提高现有微成形工艺的可成形性,解决薄板易破裂等缺陷,探究薄板软模微拉深成形工艺的工艺参数对成形性的影响,致力于制造具有更大拉深比的微型杯件。方法采用退火后的纯钛薄板作为原始板材,设计了薄板的软模微拉深成形模具进行实验。实验中探讨了工艺参数和材料参数对微型杯件极限拉伸比的影响。工艺参数包括压边力、橡胶性能和润滑方式,材料参数主要是晶粒尺寸。结果通过控制压边力能够避免微拉深工艺中的缺陷。压边力过低会导致法兰区域起皱,压边力过高会导致上圆角部位破裂。采用刚度系数为72 N/mm的压边弹簧能够有效避免起皱和破裂。选用硬度为65HA的聚氨酯橡胶能够成形出极限拉深比最大(为2.64)的纯钛微型杯件。软模微拉深工艺必须采用有效的润滑方式来提高板材的流动行为。采用蓖麻油润滑能够有效避免微型杯件的破裂缺陷。板材的晶粒尺寸对极限拉深比的影响是最强烈的。晶粒尺寸为8.4μm的纯钛薄板能够制造出极限拉深比为2.64的微型杯件,而随着晶粒尺寸的增大,微型杯件的极限拉深比显著下降。结论通过软模微拉深工艺并且采用合适的工艺参数成功制备了极限拉深比为2.64的微型杯件,与现有工艺相比,所获得的微型杯件的极限拉深比提高了20%。

304不锈钢箔带微拉深成形性能研究

目的探究退火温度对厚度为20μm的奥氏体304不锈钢(ASS 304)箔带微拉深成形性能的影响规律。方法将ASS 304箔带分别在850~1050℃下进行退火处理以获得不同的微观组织,基于退火试样和精密微型落料-拉深复合模具,开展微拉深成形试验并制备出外径为1.6 mm的杯状微拉深成形件,并通过高分辨率激光扫描电镜进行微拉深成形件表面形貌的观测和分析。结果ASS 304箔带的微拉深成形性能受到尺度效应的显著影响。当退火温度为850℃时,强烈的材料各向异性导致微拉深成形件出现严重的起皱现象;经900℃退火后,MDD成形件的起皱现象有所抑制,但依旧不均匀;当退火温度为950℃时,ASS 304箔带主要由再结晶后形成的细小等轴晶构成,材料各向异性得到明显改善,起皱现象得到抑制;当退火温度进一步升高到1000℃甚至1050℃时,晶粒的长大导致各向异性增强、塑性降低,显著影响了微拉深成形件的成形质量。结论适宜的退火温度有助于改善ASS 304箔带的微观组织,进而改善材料的力学性能及成形性能。950℃是获得具备高成形质量及表面质量的ASS 304微拉深成形件的较优退火温度。

1060纯铝微杯形件微拉深成形研究

微拉深成形以其高效率、低成本、高质量等优点成为一种可行的制造开口、空心、薄壁微型零件的微细加工方法。然而,由于微型化的影响,使得微拉深要比宏观拉深更加困难。研制精密微型落料-拉深复合模,成形出内径仅为1 mm的微杯形件。试验材料采用厚度为50μm的1060纯铝,在真空氛围下经300℃分别退火1 h和8 h。微拉深试验在SANS CMT-5504电子万能试验机上进行,试验速度为0.05 mm/s,润滑剂为聚乙烯薄膜。研究退火工艺和压边力对拉深力、拉深比、制耳和起皱的影响。试验结果表明,顺利成形出质量良好、拉深比为2.1的微杯形件;经退火处理的坯料,拉深力降低,拉深比增大,制耳减弱;随着压边力的增加,起皱减弱,但当压边力超过一定数值后则导致拉裂。

DLC薄膜摩擦行为对微拉深工艺的影响(英文)

为了降低微成形中的摩擦尺寸效应,采用基于离子注入、沉积法和磁控溅射技术在模具表面分别镀上3种涂层(DLC、TiN和MoS2)。考虑试样在接触面的塑性变形,分析了表面涂层的摩擦行为。分析表明:当使用DLC涂层时,摩擦因数较低,并且在大应力应变条件下具有较高的抗磨损性能。当进行100次摩擦实验后,DLC薄膜出现石墨化。从摩擦功影响而导致能量降低的角度分析了石墨化机理。通过减小壁厚等研究了DLC薄膜的性能对微拉深件质量的影响。结果表明,DLC薄膜有助于改善微型构件的质量。

电沉积纳米镍薄板的超塑微拉深性能

采用脉冲电沉积工艺制备了厚度为0．1mm的纳米镍薄板，在不同的温度和应变速率下对该薄板进行单向拉伸试验，确定了其超塑性变形的最佳工艺条件，在此基础上进行了纳米镍薄板的微拉深性能实验。实验结果表明：纳米镍薄板的微拉深性能随成形温度的升高而提高；在温度为723K、半球形拉深凸模直径为1mm、拉深速度为1～5mm／min的条件下，均可成功拉深出半球件。采用透射电镜和扫描电镜对拉深变形前的沉积态组织和拉深变形后的微观组织进行了观察比较，结果表明，微拉深后大部分镍晶粒长大到微米量级。根据实验结果，初步探讨了超塑微拉深的主要变形机制。

应用TAGUCHI法对微拉深成形有限元模拟结果的误差分析

为考察基于传统本构模型和求解算法的有限元程序模拟金属微成形过程的适应性,设计正交试验,应用自行开发的板料成形有限元程序ARVIP-3D对微成形和等比放大10倍的常规成形进行模拟计算,并根据质量工程中的TAGUCHI法,参考信噪比的概念,对材料参数和工艺条件等因素对两类相似拉深的模拟结果误差进行了分析。结果表明:微成形中的尺度效应主要是成形机理与常规成形不同而引起的,基于传统本构模型和求解算法的有限元程序不能正确模拟微成形过程,但可以模拟出摩擦引起的尺度效应;宏微观尺度的成形模拟结果误差主要来自于浮点运算的误差,但几何和力学条件的处理也给模拟误差带来了影响。因此,在开发适合于微成形模拟的新型有限元程序中,不仅要考虑本构模型的特殊性,几何和力学条件的相关处理算法也应进行改进。

微拉深成形现状及其发展

随着微电子机械的飞速发展,产品的微型化已成为工业界不可阻挡的趋势。微拉深作为微成形加工中的一种重要加工方法,已在医疗器械、微机械等行业得到广泛的应用。但微成形加工中表现出来的尺寸效应及晶粒大小对微成形加工的影响,使微拉深成为全新的领域,传统拉伸理论已无法继续使用。讨论了尺寸效应、晶粒大小、摩擦对微拉深的影响,并对微拉深的成形方法、微模具的加工方法及材料的选择、微成形材料、微拉深装置进行了介绍。

第Ⅱ类尺度效应对微拉深成形的影响

分析了前人提出的应变梯度硬化模型,并在此基础上修正了该模型。通过对微拉深成形凸缘区域的分析,推导了在微拉深进行的初始阶段,考虑应变梯度硬化效应时周向应力产生的弯矩,并通过解析的方法,得到了考虑应变梯度效应时,板厚对弯矩变化的影响曲线。分析了微拉深进行过程中应变梯度效应的影响程度。这为评价应变梯度硬化效应对微拉深过程中凸缘抗起皱能力的影响提供了参考。

微拉深成形工艺及模具设计研究

利用实验研究和数值模拟分析相结合的方法来研究厚度为0.2 mm以下纯铜薄板的微拉深成形工艺及模具设计。通过一系列几何尺寸相似的杯形件的微拉深实验获得实验数据-成形力曲线;利用数值模拟研究了摩擦系数μ、相对模具间隙C/t和相对凹模圆角半径Rd/t对最大成形力的影响。研究表明,对最大成形力而言,摩擦系数μ的影响最为显著,而相对模具间隙C/t和相对凹模圆角半径Rd/t的影响在制造误差范围内不明显。在考虑摩擦条件的尺度效应的情况下,无量纲设计方式是一种比较有效的微拉深工艺及模具设计方法。

磁控溅射Al-Zr薄膜在微拉深成形中的拉深性能(英文)

拉深成形可以用来制备形状复杂的零部件,甚至可达微加工水平。采用磁控溅射方法,在基底温度分别为310K和433K下,制备了厚度约为15μm的两种不同的AlZr薄膜。将这两种薄膜做为坯料,采用冲头直径为0.75mm的微拉深设备研究其拉深性能。虽然这两种材料在拉伸试验中显示出较小的最大应变,但还是成功地实现了微拉深成形。在基底温度为310K和433K制备的两种材料的极限拉深比分别为1.8和1.7。这些结果比先前采用AlSc合金的结果要好,与采用传统轧制方法所得纯铝薄膜的拉深结果相似。结果表明,采用磁控溅射方法制备的薄膜可以用来进行微拉深成形。

金属箔板激光动态微拉深成形技术

设计了金属箔板激光动态微拉深实验系统,介绍了该技术的成形机理,结合实验研究了金属箔板激光动态微拉深成形的成形性能。研究结果表明,金属箔板激光动态微拉深成形技术的加工柔性、可控性更好,成形精度更高、成形质量更好,有效地抑制起皱等缺陷的产生。

不同厚度304不锈钢薄板微盒形件拉深试验研究

微拉深是一种高效加工开口型薄壁零件的工艺方法,但由于尺度的减小,常规拉深工艺的材料和模具无法满足微拉深的要求。采用5 mm×10 mm凸模对厚度100、200μm的SUS304薄板进行了微拉伸试验,对拉深试样进行了镶嵌打磨,测量其剖切面厚度减薄率分布以及关键部位厚度方向的微硬度分布。结果发现微盒形件最大减薄发生在凸模圆角附近,厚度减小,薄板减薄分布不均匀性增加;凸模圆角部位发生明显的加工硬化现象。试样厚度减小,圆角部位厚度中心层低硬度区现象减弱。即薄板厚度减小,拉深成形中的变形协调条件减弱,变形不均匀性增加,成形能力下降。

考虑内禀长度的纯铝L2微拉深过程模拟

结合传统拉深成形工艺过程,采用材料的内禀长度来表征微塑性成形过程中的尺度效应,并在建立的三维有限元分析模型的基础上,对纯铝L2的微拉深工艺过程进行数值模拟与分析,研究了纯铝微拉深的塑性成形过程。试验成形出的微拉深件直径在1.4～1.6mm之间,纵向深度在1.2～1.4mm之间,拉深力为2.67N,微拉深试验结果与模拟结果基本吻合。通过试验结果和模拟结果的对比,说明含内禀长度的微塑性本构方程能够用于微拉深成形过程的有限元数值模拟。

18-8型不锈钢微温充液拉深工艺研究

为解决大高径比(H/d)不锈钢零件冲压成形工序多,准备周期长,且易发生时效开裂的问题,基于SUS304不锈钢微温力学性能,提出微温充液拉深新工艺,并对其进行实验研究.研究发现在略高于室温的微温范围内该材料成形性能已有明显提高,而这一温度区间在充液拉深工程实践中较易实现.实验研究表明,90℃微温充液拉深可以有效地提高SUS304不锈钢的成形极限,拉深比可由普通拉深的2.0提高到3.3,并可有效避免粘模等缺陷,残余应力降低,时效开裂的倾向减小.

金属薄板微成形技术的研究进展

文章阐述了金属薄板微成形的基本概念和金属微成形中的尺寸效应,综述了微拉深、增量成形、微弯曲和冲裁等薄板微成形技术的研究现状,并简单介绍了作者的研究成果,展望了薄板微成形技术的发展方向和趋势。

固体润滑薄膜在塑性微成形中的应用进展

评述了塑性微成形技术在微细加工领域存在的优势和由于尺寸效应的影响而面临的挑战,综述了近年来国内外固体润滑薄膜在体积微成形和薄板微成形中的应用进展,简单介绍了笔者在该领域的研究成果,展望了固体润滑薄膜在塑性微成形中有待研究的方向。

SUS304不锈钢封装板微冲压工艺研究

为实现不锈钢封装板件的高效率低成本批量化制造,开展了不锈钢薄板微冲压工艺研究.设计了集自动送料、辅助定位、落料、微冲孔以及微拉深于一体的高效、复杂、高精度封装板级进模具装置,分析成形条件对成形质量的影响规律,确定最佳工艺参数.同时,进行了不锈钢封装板抗冲击性能测试.结果表明:采用该复杂一体化级进式微冲压成形模具装置,制造出质量良好的不锈钢封装板件,成形效率可达1 120件/h;在超过47 800 g的超负荷条件下,封装板表面平整,未出现明显变形,能够满足机械性能要求.采用这种高效率微冲压成形技术,能够解决微型构件的尺寸精度,提高微型构件的力学性能,有效降低生产成本,实现了封装板件的高效率低成本批量化制造.

碟形件微冲裁冲压复合模具设计

以微小碟形件作为目标零件,研究微冲裁及微拉深复合成形工艺,设计相应的微冲裁冲压复合模具。在一次冲裁行程中完成浅半球拉深、冲孔及落料等过程,可减小分步成形所带来的多次定位安装误差,节省加工工时及模具制造成本,从而降低微小碟形件特征结构的位置偏差,实现微小碟形件的高精度、高效率加工;同时,复合成形易保证零件特征尺寸的一致性。

薄板微成形工艺的研究现状及发展趋势

薄板微成形是一种比较重要的制造板料的方法,它在实际中的应用非常广泛,可以形成结构不同和角度不同的各种复杂的零件。现在薄板的微成形在集成电路行业和和电行业的应用特别多,塑料成形有关的领域正在大力支持研究薄板的微成形技术。在薄板微成形方面,主要进行薄板的微拉深、微冲裁和微弯曲等。本文结合前人研究,对薄板微成形工艺的研究现状及发展趋势问题进行探析。