晶粒尺寸效应对纯钛微冲压变形行为影响及有限元模拟

论文摘要

随着各个行业对精细部件需求量的逐年增加,微小尺寸的零件加工领域的生产工艺和理论研究显得更为重要。微成形过程中会出现因材料尺寸变化而引起的与传统宏观尺寸下不同的变形规律,即尺寸效应。本文针对厚度为0.05mm的不同晶粒尺寸下的工业纯钛材料在微冲压机上进行微冲压实验。同时采用ABAQUS软件对微冲压过程进行有限元模拟分析,主要研究结果如下:(1)随着退火温度的增加,材料的晶粒尺寸增加。退火温度为400℃和500℃时晶粒尺寸相差不大,退火温度为600℃时,晶粒尺寸迅速长大。随着晶粒尺寸的增加,材料的抗拉强度和延伸率降低。随着晶粒尺寸的增加,材料的断裂机制由微孔聚合型断裂转变为解理断裂。(2)对厚度为0.05mm的工业纯钛TA1材料进行微冲压试验,在晶粒尺寸为23μm时,冲压速度为1mm/s时,试样表面无明显暗坑和表面扭曲,褶皱深度较浅,与其他晶粒尺寸和工艺条件的冲压试样相比,该条件下可以得到质量较好的冲压试样。(3)对晶粒尺寸为23μm,冲压速度为1mm/s的冲压条件分别进行均质与非均质有限元模拟分析,较之于均质的纯钛微冲压有限元模拟结果,引入Voronoi模型的非均质有限元模拟结果与实际的实验结果更加吻合。(4)利用Voronoi模型对厚度为0.02mm的冲压过程进行模拟,模拟结果表明当厚度为0.02mm,晶粒尺寸为23μm,冲压速度为1mm/s时的冲压试样底部出现明显破裂。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1.绪论
•   1.1 引言
•   1.2 微成形工艺研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 微冲压研究现状
•   1.4 尺寸效应研究现状
•   1.5 尺寸效应的分类
•     1.5.1 第一类尺寸效应
•     1.5.2 第二类尺寸效应
•   1.6 有限元模拟研究现状
•   1.7 本课题意义及研究内容
•     1.7.1 课题意义
•     1.7.2 课题主要内容
• 2.实验方案与设备
•   2.1 实验方案
•   2.2 试验材料
•   2.3 实验方法
•     2.3.1 退火实验
•     2.3.2 金相实验
•     2.3.3 拉伸实验
•     2.3.4 断口形貌
•     2.3.6 微冲压实验
• 3.晶粒尺寸对纯钛力学性能的影响
•   3.1 退火温度对晶粒尺寸的影响
•   3.2 晶粒尺寸对材料拉伸性能的影响
•   3.3 晶粒尺寸对材料断裂机制的影响
•   3.4 本章小结
• 4.纯钛微冲压实验
•   4.1 微冲压工艺对微冲压成形质量的影响
•     4.1.1 冲压速度对试样表面形貌的影响
•     4.1.2 冲压速度对边部褶皱及内壁形貌的影响
•   4.2 晶粒尺寸对微冲压成形质量的影响
•     4.2.1 晶粒尺寸对试样表面形貌的影响
•     4.2.2 晶粒尺寸对试样边部褶皱及内壁形貌的影响
•   4.3 本章小结
• 5.纯钛微冲压有限元模拟
•   5.1 纯钛均质模型微冲压有限元模拟
•     5.1.1 均质模拟的表面形貌对比
•     5.1.2 均质模拟的褶皱及内壁形貌对比
•     5.1.3 均质模拟的冲压力对比
•     5.1.4 均质模拟的厚度变化对比
•   5.2 Voronoi模型的建立
•   5.3 引入Voronoi模型后的非均质微冲压有限元模拟
•     5.3.1 非均质模拟形貌对比
•     5.3.2 非均质模拟褶皱与内壁形貌对比
•     5.3.3 非均质模拟冲压力对比
•     5.3.4 非均质模拟厚度变化对比
•   5.4 0.02 mm厚度的纯钛微冲压有限元模拟
•   5.5 本章小结
• 6.结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈睿

导师: 张红梅

关键词: 微成形,微冲压,晶粒尺寸效应,有限元模拟,模型

来源: 辽宁科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,金属学及金属工艺,工业通用技术及设备

单位: 辽宁科技大学

分类号: TB115;TG389

DOI: 10.26923/d.cnki.gasgc.2019.000143

总页数: 77

文件大小: 7497K

下载量: 112