细晶T2紫铜制备及微齿轮精密体积微成形研究

发布时间：2017-07-25 15:25

  本文关键词：细晶T2紫铜制备及微齿轮精密体积微成形研究

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【摘要】：近年来,随着微电子技术与微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)迅速发展,电子行业、医疗、航天航空、新能源等诸多领域对微型零件的需求越来越迫切,然而由于尺寸效应的存在,成熟的宏观塑性成形理论不能直接运用于微型零件的加工工艺中,从而制约了塑性微成形产业的发展。体积微成形因具有高效率、低成本、低材料损失、低污染、高精度等优点,成为了国内外学者研究的重点。本文重点进行了细晶材料在体积微成形领域应用方面的探索性研究,主要内容如下:通过DEFORM-3D软件对等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)过程进行了数值模拟,获得了成形载荷、应力场、速度场和等效应变场的分布情况,结果表明:ECAP过程中变形载荷先急速上升,然后保持稳定,最后缓慢下降;模具拐角处等效应力始终最大,且随着挤压道次的不断增加,最大等效应力值也不断增加,但增加幅度逐渐减小;材料经过剧烈变形区时靠近模具外侧的材料流动速度大于内侧材料;材料经过模具拐角处时,等效应变迅速增加,通过拐角后等效应变保持不变,随着挤压道次的不断增加,累计等效应变由第1道次的1.33增加到第8道次的11.1。研制了用于细晶T2紫铜材料制备的ECAP模具,采用BC路径对试样进行了8个道次的挤压,并对挤压后的试样进行去应力退火处理,研究了挤压道次和去应力退火对材料力学性能和微观组织的影响,结果表明:随着ECAP挤压道次的增加,材料的强度和延伸率逐渐升高,挤压8道次的材料去应力退火后其抗拉强度提高到372.6MPa,延伸率提升到56.7%;通过显微金相和EBSD实验表明:随着挤压道次的增加,晶粒细化显著,由原始退火态的15.31μm细化到第8道次的2.77μm。研究了微模压实验中晶粒尺寸和槽宽尺寸对材料填充性能的影响规律,结果表明:材料的填充性能随槽宽尺寸的减小而变弱,晶粒尺寸越小,材料的填充性能越好,并通过建立的多晶体微模压成型实验模型对结论进行了解释。通过有限元与实际实验相结合的方法,利用获得的第8道次退火态细晶T2紫铜材料成形了模数分别为0.1mm、0.2mm、0.3mm和0.4mm,齿数为10的4种不同规格的微型齿轮件,并采用扫描电子显微镜对微齿轮的质量进行了观察和分析。结果表明:微齿轮成形质量良好;在体积微成形中,细晶材料相比常规材料对于成形某些特征尺寸微小的区域具有独特的优势。
【关键词】：微成形 ECAP T2紫铜 细晶 微齿轮
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379;TG166.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 体积微成形工艺的研究现状11-13
• 1.3 微成形中的尺寸效应13-15
• 1.3.1 流动应力尺寸效应13-14
• 1.3.2 摩擦尺寸效应14-15
• 1.4 细晶材料15-19
• 1.4.1 细晶材料在体积微成形方面的发展现状16
• 1.4.2 细晶材料的制备方法16-19
• 1.5 本课题的研究目的和意义19
• 1.6 本章小结19-20
• 第二章 细晶T2 紫铜的制备20-42
• 2.1 引言20
• 2.2 T2 紫铜力学性能测试20-22
• 2.2.1 试样材料20-21
• 2.2.2 压缩实验21-22
• 2.2.3 实验结果分析22
• 2.3 ECAP有限元仿真22-29
• 2.3.1 DEFORM软件介绍22-23
• 2.3.2 有限元模型建立23
• 2.3.3 网格和参数设置23-24
• 2.3.4 模拟结果分析24-29
• 2.4 ECAP实验29-31
• 2.4.1 工艺参数确定29-30
• 2.4.2 ECAP模具设计30
• 2.4.3 ECAP挤压实验30-31
• 2.5 ECAP挤压试样性能分析31-40
• 2.5.1 力学性能测试32-35
• 2.5.2 金相显微组织观察35-39
• 2.5.3 EBSD分析39-40
• 2.6 本章小结40-42
• 第三章 细晶材料填充性能研究42-50
• 3.1 引言42
• 3.2 微模压实验方案设计42-43
• 3.2.1 模具设计42-43
• 3.2.2 试验制备43
• 3.3 微模压实验43-46
• 3.4 影响因素分析46-49
• 3.4.1 槽宽尺寸的影响46-47
• 3.4.2 挤压道次的影响47
• 3.4.3 结果分析47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 微齿轮体积微成形研究50-65
• 4.1 引言50
• 4.2 微齿轮精锻数值模拟50-54
• 4.2.1 有限元模型建立50-51
• 4.2.2 网格划分51-52
• 4.2.3 模拟参数设置52
• 4.2.4 模拟结果分析52-54
• 4.3 微齿轮精密成形实验54-63
• 4.3.1 微齿轮模具设计54-57
• 4.3.2 实验方案设计57-58
• 4.3.3 微齿轮精锻实验58-59
• 4.3.4 成形质量分析59-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 结论与展望65-67
• 5.1 全文总结65-66
• 5.2 研究展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间的研究成果72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：571994