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微弯曲作为微塑性成形的重要组成部分,广泛应用于航空航天、微电子、医疗等领域。为了适应精密微弯曲的质量要求,各种特殊材料也开始应用于微塑性成形领域,但是难成形材料的应用也给其成形带来了挑战。辅助成形微温弯曲可以在保证成形质量的前提下有效降低其成形力,但是尚未形成系统的研究理论和加工工艺。
本文研究了电辅加热和激光加热两种温弯方法,基于微温拉伸实验,建立了考虑温度和第一类尺寸效应的修正型表面层模型,应用该修正型表面层模型对微温弯曲实验进行了分析,研究结果如下:
1.在现有微成形装置的基础上,研制了微温成形实验所需的加热保温系统,并根据实验需要设计研制了微温成形装置和其它各组成部件,对成形装置关键部位的温度进行了检验。
2.以微温成形装置为实验平台进行了H62薄板进行微温拉伸实验,分析了温度、晶粒度大小、试样厚度、t/d比值和拉伸速度等因素对材料应力-应变关系的影响规律。结果表明随着加热温度的升高,材料的流动应力明显降低;随着试样厚度的减小,材料流动应力呈下降趋势;随着晶粒尺寸的减小,材料流动应力呈上升趋势;材料的流动应力随着们比值的减小呈下降趋势;随着微拉伸速度的增大,材料的应力变化不明显。
3.根据微温拉伸实验建立了合适温度下的微温成形理论模型,将理论模型引入微温弯曲成形过程模拟。借鉴宏观的模具设计理论设计了V形微弯曲模具,利用微温成形装置,对H62薄板进行微温弯曲实验,揭示了温度对回弹的影响。结果表明对应于相同的材料厚度和弯曲角,回弹率均随着热处理温度的升高而减小;对应于相同的材料厚度,相同的热处理和弯曲角,回弹率均随着成形温度的升高而减小。
最后,分析了激光辅助微温弯曲成形过程,研究了不同激光参数加热条件下对板料温度场的影响,通过优化激光加热参数,获得了弯曲成形所需的均匀温度场分布,同时揭示了激光辅助加热条件下温度对回弹的影响。结果显示激光辅助加热能够有效的降低微弯曲成形过程中工件材料的屈服应力,V形弯曲过程中所需的凸模成形力可以降低为冷加工时的40%;工件温度升高可以减小成形后的回弹量,当激光功率αP=120W时,回弹量减小到无加热时的55%。