无润滑条件下纯铜微镦粗摩擦行为的实验研究及数值模拟

发布时间：2020-09-28 20:42

　　随着对微细零件和精密零件的需求不断增加,微成形工艺受到日益广泛的关注。虽然这种以塑性成形手段加工微细零件的方法适合大批量工业化生产,但尺寸效应的存在为微成形的应用带来了困难。尺寸效应主要包括流动应力的尺寸效应、摩擦的尺寸效应和成形工件的离散性。在摩擦方面,润滑条件下的摩擦尺寸效应已经得到广泛的研究,并且可以用“开口闭口润滑包模型”来解释。而无润滑下的摩擦尺寸效应还没有形成定论。在数值模拟方面,目前的有限元模拟设计方法大多是基于经典塑性理论框架的,不能直接应用于微成形的数值模拟中。采用晶体塑性有限元模拟(Crystal Plastic Finite Element)的方法,可以使晶粒结构以及晶粒的各向异性在模拟中得到体现,从而大大提高模拟的准确性。针对上述问题,本文分析明确了微成形中润滑摩擦和干摩擦下的尺寸效应以及产生的机理,在介绍体积成形中的三种摩擦模型基础上,重点对Wanheim/Bay摩擦模型中的参数剪切膜强度系数mc。和实际接触比α进行了说明,并建立了Wanheim/Bay摩擦模型应用于通用有限元软件的转换形式;结合晶界强化理论和表面层理论,建立了尺寸影响的多晶体材料流动模型,定义了晶界区域体积分数δ和内外晶界体积分数之比η'/η2个尺度参数并给出了 2个尺寸参数的计算方法;刀通过纯铜圆柱微镦粗实验,对流动应力的尺度效应进行了验证,并对尺度影响的纯铜本构关系进行求解;运用多因素纯铜微镦粗实验研究了摩擦因子与晶粒尺寸、试样尺寸、模具硬度和模具粗糙度的关系,运用EBSD研究了晶粒分布对变形的影响以及变形中的织构演化;基于Voronoi多边形和Abaqus/Python二次开发,建立了多晶体随机取向有限元模型,对纯铜微镦粗实验进行了数值模拟。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH117;TG316.11
【部分图文】：

基本流程,晶体塑性,挤出工艺,塑性理论

典塑性理论框架的，不能直接应用于微小尺度范围问题的解决中。针对这一问题，逡逑有学者提出了晶体塑性有限兀模拟（Ｃｒｙｓｔａｌ邋Ｐｌａｓｔｉｃ邋Ｆｉｎｉｔｅ邋Ｅｌｅｍｅｎｔ）的概念。图逡逑１－４和图１－５分别展示了利用ＡＢＡＱＵＳ进行ＣＰＦＥ的基本流程，以及微挤出工艺逡逑的ＣＰＦＥ结果。逡逑＾邋＿逦＾邋ｅｓｓ＊＊邋ａｅｒａ＞？ａｉｉＢｒ邋ｓｅ＊逦ｓ逦ｓ邋９邋ｓｓ邋ｓ？逦ｓ邋ｂｂ邋ｂｅ邋ｗ邋？ｋ邋ａｅ邋ｅ？－邋ｔｓ，邋＾？ｅｒｓａｍ？ａＢ＞ｒ－ｎａ＜ｓ？：ｓ邋ｓ逦ｋ逡逑ｉ逦Ｐｒｅ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋！邋，邋ＦＥ邋Ａｎａｌｙｓｉｓ逦１邋，邋Ｐｏｓｔ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ逡逑Ｉ邋￣逦１邋｜逦｜邋５邋Ｊ逡逑Ｖｉｒｔｕａｌ逦３邋｜逦Ｍａ欲ｅｒｉａｉ逦ｊ邋ｊ邋ｊ逡逑Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｎｒｃ逦；邋１逦Ｍｏｄｅｌｉｎｇ逦｜邋ｆ邋１逡逑！逦Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ逦？邋Ｉ逦ＶＵＭＡＴ邋）邋１邋！逡逑；＇逦？逦！：｜＇逦Ｔ逦＇；；逦：逡逑！逦%煎呜危翦危诲澹″危咤危诲义县卞澹粒拢粒眩眨樱茫粒佩濉掊澹粒拢粒眩眨渝澹螅铮欤觯澹蝈危粒拢粒眩眨樱茫粒佩义希体危赍濉危桑赍澹蹋叔五义贤迹保蠢茫粒拢粒眩眨咏校茫校疲诺幕玖鞒蹋郏保福蒎义希五澹罚跺濉义希桑桑桑保桑保叔义希甛lｆ邋＿曹逡逑图】－５邋Ｃ

滑移线场,坯料,微凸体,接触比

１＾丫［３３］采用滑移线方法，对干摩擦情况下接触面的演化进行了分析。逡逑假设工具表面是光滑的平面，而坯料具有一定的粗糙度，使坯料自由表面与工具逡逑表面的初始夹角为｝，。。不同的ｙ。所对应的滑移线场如图２－２所示。逡逑ｆ＝０．３４邋ｙ邋＝５°逡逑ｙ＝１５°逡逑ｙ＝３０°逡逑图２－２不同ｙ0所对应的滑移线场［３３］逡逑通过对滑移线场的分析发现，当坯料表面微凸体具有不同初始高度，即不同逡逑的ｙ。时，表面接触比和摩擦应力的值是不同的。其变化趋势如图２－３所示。逡逑．Ｓ邋！0逦ｖ－ｃ邋１０逦逦ｌ，＝１５＇逡逑，二二逡逑0邋0邋＇■—－１邋．邋Ｉ邋■邋．邋■邋￣—邋邋Ｑ邋Ｑ逦逦逦邋■邋？，邋ｉ邋■邋￣邋１邋■邋丨＿—邋逡逑＂ＣＯ邋０．４逦１．２邋１．６邋２．０邋２．４邋２Ｂ逦００邋２．４邋０邋８邋Ｕ邋１．６邋２．０邋１Ｃ邋２９逡逑ｎｏｒｍａｌ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｑ／ｃ；逦ｎｃｒｍａｌ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｑ／ｏ．逡逑（ａ）实际接触比变化趋势逦（ｂ）摩擦切应力变化趋势逡逑图２－３实际接触比和摩擦切应力变化趋势［３３］逡逑从图２－３中可以看出，实际接触比和无量纲摩擦切应力均随着ｙ。的增大而增逡逑大。若将Ｗａｎｈｅｉｍ／Ｂａｙ摩擦模型中的ａ规定为７。＝０。时的实际接触比，则对于不同逡逑的｝Ｖ表达式中的＆就对应了不同的取值。因此，坯料的初始粗糙度越逡逑大

接触比,切应力,变化趋势

【参考文献】