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《哈尔滨工业大学》 2010年
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T2紫铜薄板微成形摩擦尺寸效应与润滑研究

龚峰  
【摘要】: 薄板微成形技术以其大批量、高效率、高精度、低成本、无污染等优点引起了国内外学者的关注并得到迅速发展,在微机电系统、电子工业、医疗、新能源等领域具有广阔的前景。然而,由于微型化的影响,产生了力学性能尺寸效应和摩擦尺寸效应,不能简单的将宏观板材塑性成形工艺直接应用到薄板微成形中。 模具与坯料间的摩擦影响成形力、产品的表面质量和几何形状、内部结构和模具的磨损等,是塑性成形的关键问题之一。针对薄板微成形过程中摩擦尺寸效应进行系统的研究,同时研究适合薄板微成形的润滑条件,对促进微成形工艺的发展具有重要的指导意义。 研制了基于电荷耦合器件的非接触式应变测量装置,减小了接触式测量法测量微小应变的误差;研究了不同尺寸T2紫铜薄板拉伸的力学性能尺寸效应及其对摩擦系数的影响。结果表明,随着试样尺寸的减小,流动应力和延伸率均显著降低;力学性能尺寸效应未对摩擦系数产生显著影响,不同尺寸试样的摩擦系数基本相同。 研制了适合于薄板微成形摩擦测试的滑动实验装置,揭示了干摩擦条件下工艺参数对不同尺寸T2紫铜薄板试样摩擦系数的影响规律,并利用扫描电镜对试样表面进行了观察。结果表明,摩擦系数随模具表面粗糙度的增加而显著增加;随滑动速度的增加而略有减小,随坯料表面粗糙度和正压力的增加而略有增加;在相同条件下,不同试样尺寸的摩擦系数基本相同。 研究了不同润滑条件下T2紫铜薄板微成形摩擦尺寸效应。结果表明,在采用三种不同液体润滑剂的条件下,摩擦系数随试样尺寸的减小而迅速增加。利用扫描电镜观察和理论分析,揭示了微成形摩擦尺寸效应产生机理。基于库伦定律,考虑名义接触面半径与边缘宽度之比,建立了微成形的摩擦模型,该模型和实验值十分吻合。 由于采用液体润滑剂会产生摩擦尺寸效应,因而选择固体润滑薄膜对微成形模具进行表面改性。利用等离子浸没离子注入装置在模具表面分别制备了TiN、DLC和MoS_2薄膜。利用原子力显微镜、拉曼光谱和X射线衍射对薄膜的结构和成分进行了分析。利用摩擦磨损实验、划痕实验和纳米硬度实验对薄膜的性能进行了分析。结果表明,DLC薄膜比TiN和MoS_2薄膜更适合于薄板微成形工艺。 研制了适合于薄板微成形的微型伺服冲压机和精密微落料拉深复合模具,研究了不同润滑条件下的T2紫铜薄板微拉深成形工艺。结果表明,基于在表面制备DLC薄膜的模具能显著降低成形力,提高极限拉深比,微杯形件表面质量良好,成形质量稳定。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG386.4

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