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半固态微挤压工艺的初步研究

童忠财  
【摘要】: 随着微机电系统的高速发展,对微型零件的需求越来越迫切。作为一种先进的微加工技术,微成形技术不仅具有材料利用率高、产品性能好等优点,而且在微型零件的精确、高效和批量成形中发挥着非常重要的作用。然而,采用塑性加工成形特征尺寸为毫米级以下的微型零件时,会产生明显的尺度效应,限制了微成形技术的广泛运用。因此,研究和发展微成形技术深刻的理论意义和广阔的应用前景。 本文在对国内外微成形技术研究现状和发展趋势分析的基础上,通过试验和数值模拟研究半固态触变挤压技术运用于成形微型零件的可行性。 针对半固态挤压工艺,设计了用于试验研究微型摸具,该模具成形的零件为微型齿轮;并设计了加热圈及温度控制系统,用于半固态坯料的二次加热、保温及模具温度的精确控制。试验采用半固态铝合金ZL101坯料,通过调节挤压温度、挤压速度和挤压比的参数,研究各工艺参数对成形性能的影响。研究表明:对于半固态微成形,挤压温度是成形具有复杂形状微型零件的主要参数,较低的挤压温度和挤压速度有利于成形轮廓清晰的微型零件;挤压比对成形参数影响较小;半固态挤压力比常规热挤压力小,具有一定的波动幅度;材料流动稳定。 本文介绍了粘-塑性有限元模拟技术,在DEFORM -3D有限元模拟软件平台下,定义了ZL101铝合金在半固态条件下材料模型,分析了半固态成形微型零件。研究表明:由于零件形状复杂而且特征尺寸小,需要细化的有限元网格,而且挤压为大塑性变形,模拟过程中网格畸变严重,需要重划分网格,模拟结果具有指导借鉴意义。


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