微细特征模压成形实验研究及数值模拟.pdf

目录目录目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．IC O N T E N T S ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．IA B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一ⅡI第1 章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一l1 ．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 ．2微塑性成形技术的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l1 ．2 ．1 微体积成形的工艺研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21 ．2 ．2 微成形的尺寸效应研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．41 ．2 ．3 数值模拟技术在微成形中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．61 ．3选题的意义及主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．91 ．3 ．1 选题的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一91 ．3 ．2 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0第2 章微细特征模压成形工艺的实验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 12 ．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 12 ．2实验方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 12 ．2 ．1 实验方法选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 12 ．2 ．2 实验模具设计与制造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 22 ．2 ．3 坯料的制备与预处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 32 ．3微细特征模压成形实验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l52 ．3 ．1 成形力对模压成形高度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 52 ．3 ．2 微特征尺寸对模压成形高度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 62 ．3 ．3 材料塑性条件对模压成形高度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 72 ．3 ．4 摩擦条件对模压成形高度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯182 ．3 ．5 坯料尺寸对模压成形高度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 92 ．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l山东大学硕士学位论文第3 章刚塑性有限元基本理论及软件系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 33 ．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 33 ．2塑性成形过程研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 33 ．3刚塑性有限元基本理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 53 ．3 ．1 刚( 粘) 塑性材料的基本假设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 53 ．3 ．2 塑性力学基本方程及边值条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 63 ．3 ．3 刚( 粘) 塑性材料的变分原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 63 ．3 ．4 摩擦边界条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 83 ．3 ．5 动态接触边界条件的处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 93 ．3 ．6 网格重新划分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 03 ．4 相关软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 03 ．4 ．1 造型软件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 03 ．4 ．2 数值模拟软件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．313 ．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5第4 章微细特征模压成形规律数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 74 ．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 74 ．2细柱微特征模压成形数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 74 ．2 ．1 有限元模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 74 ．2 ．2 细柱微特征模压成形模拟结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 94 ．3薄筋微特征模压成形规律数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 54 ．3 ．1 有限元模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 54 ．3 ．2 薄筋微特征模压成形模拟结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 54 ．4数值模拟结果与实验结果的对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 24 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3第5 章微细特征模压变形机理及提高成形性工艺措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 55 ．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 55 ．2微细特征模压变形机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 55 ．3微细特征模压成形提高工艺性措施研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3目录5 ．3 ．1 有限元模型的重建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 35 ．3 ．2 提高工艺性措施方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 45 ．3 ．3 模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 55 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7第6 章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 96 ．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。

6 96 ．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 71 1 1山东大学硕十学位论文I VC O N T E N T SC O N T E N T SC O N T E N T S ( C H I N E S E ) ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯IC 0 l N T E N T S ( E N G L I S H ) ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯IA B S T R A C T ( C H I N E S E ) ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯IA B S T R A C T ( E N G L I S H ) ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I UC h a p t e r lI n t r o d u t i o n ⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．11 ．1F o r e w o r d s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 ．2P r e s e n ts i t u a t i o no f m i c r op l a s t i cf o r m i n gt e c h n i q u e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 ．2 ．1R e s e a r c ho f m i c r ob u l kf o r m i n gp r o c e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21 ．2 ．2R e s e a r c ho f m i c r o —f o r m i n gs i z ee f f e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41 ．2 ．3A p p l i c a t i o no f n u m e r i c a ls i m u l a t i o ni nm i c r o —f o r m i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61 ．3S i g n i f i c a n c ea n dc o n t e n t so ft h ed i s s e r t a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．91 ．3 ．1S i g n i f i c a n c eo f t h ed i s s e r t a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一91 ．3 ．2C o n t e n t so f t h ed i s s e r t a t i o n ⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．．1 0C h a p t e r 2E x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nc o i n i n gw i t hm i c r o - f e a t u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 l2 ．1F o r e w o r d s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ll2 ．2D e s i g no fe x p e r i m e n t a ls c h e m e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯112 ．2 ．1C h o i c eo f e x p e r i m e n t a lm e t h o d s ⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．．112 ．2 ．2D e s i g na n dm a n u f a c t u r eo fe x p e r i m e t a lm o l d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．122 ．2 ．3P r e p a r a t i o na n da n n e a l l i n go fs p e c i m e n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。

132 ．3E x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nc o i n i n gw i t hm i c r o —f e a t u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．152 ．3 ．1F o m i n gf o r c e ’Si m p a c to nc o i n i n gh e i g h t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯152 ．3 ．2M i c r o ·- f e a t u r es i z e ’Si m p a c to nc o i n i n gh e i g h t ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．1 62 ．3 ．3M a t e r i a lp l a s t i cc o n d i t i o n ’Si m p a c to nc o i n i n gh e i g h t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯172 ．3 ．4F r i c t i o nc o n d i t i o n ’Si m p a c to nc o i n i n gh e i g h t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一182 ．3 ．5B l a n ks i z e ’Si m p a c to nc o i n i n gh e i g h t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19山东大学硕士学位论文2 ．4S u m m a r y ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．．．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1C h a p t e r 3B a s i ct h e o r yo f r i g i dp l a s t i cF E Ma n ds o f t w a r es y s t e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3：；．1F o r e w o r d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3：；．2R e s e a r c hm e t h o d si nm e t a lf o r m i n gp r o c e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 33 ．3B a s i ct h e o r yo f R i g i dp l a s t i cF E M ⋯。