固體力學(xué)學(xué)報(bào)：第Ⅱ類尺寸效應(yīng)影響下金屬薄板液壓脹形本構(gòu)模型研究
2022-08-04【作 者】梁偉;楊曉翔;傅明旺;鄧將華
【引 言】
自上世紀(jì)8０年代以來，隨著微機(jī)電系統(tǒng)（ＭＥＭＳ）和微系統(tǒng)技術(shù)（ＭＳＴ）在航空航天、精密儀器、生物、醫(yī)療、軍事等方面得到廣泛應(yīng)用，微型零件的需求量急劇上升［１］。薄板微塑性成形技術(shù)作為一種 微細(xì)加工技術(shù)，正發(fā)揮著越來越重要的作用．與經(jīng)典的宏觀板料塑性加工不同，在薄板微塑性成形中，隨著板厚的不斷減小，特別是當(dāng)板厚減小到與材料內(nèi)稟尺寸相當(dāng)時(shí)，板料變形過程應(yīng)變梯度不斷變大，幾何必需位錯(cuò)密度不斷增多，材料出現(xiàn)硬化率增高的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為第 Ⅱ 類尺寸效應(yīng)［２，３］。在第 Ⅱ 類尺寸效應(yīng)的影響下，經(jīng)典塑性理論無法很好解釋金屬薄板微塑性成形過程出現(xiàn)的問題，如在文獻(xiàn)［４］中，ＤｉｅｈｌＡ 等對板厚為２５μｍ－５００μｍ 的金屬薄板進(jìn)行液壓脹形，當(dāng)板厚小于５０μｍ 時(shí)，在脹形的初始階段，流動應(yīng)力出現(xiàn)較大值，但隨著變形的繼續(xù)，流動應(yīng)力又迅速減??；ＭａｈａｂｕｎｐｈａｃｈａｉＳ等［５］發(fā) 現(xiàn)，當(dāng)薄板液壓脹形凹模半徑與板厚的比值小于１９６時(shí)，流動應(yīng)力迅速增大。所以，如何應(yīng)用微尺度塑性力學(xué)來分析預(yù)測板料微成形過程出現(xiàn)的現(xiàn)象成為研究的關(guān)鍵。
本文主要應(yīng)用應(yīng)變梯度塑性理論，建立第 Ⅱ 類 尺寸效應(yīng)影響下金屬薄板本構(gòu)模型，并將其應(yīng)用于金屬薄板液壓脹形的研究，通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比，驗(yàn)證該本構(gòu)關(guān)系的正確性。
【結(jié) 論】
本文應(yīng)用應(yīng)變梯度塑性理論，將應(yīng)變梯度硬化引入金屬薄板脹形過程的本構(gòu)模型，分析了薄板脹形過程的流動應(yīng)力變化情況，分析結(jié)果與現(xiàn)有文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好，得出結(jié)論如下：
（１）引入應(yīng)變梯度硬化建立的本構(gòu)模型能較好地預(yù)測薄板液壓脹形過程中流動應(yīng)力的變化情況。
（２）應(yīng)變梯度對薄板液壓脹形的影響程度與板厚大小有關(guān)，當(dāng)厚度與內(nèi)稟尺寸相當(dāng)時(shí)，應(yīng)變梯度硬化作用突出，隨著板厚不斷減小，硬化影響越來越明顯。
（３）在液壓 脹 形 中，流動應(yīng)力對凹模直徑變化敏感，當(dāng)尺寸因子 Ｍ＜２００時(shí)，應(yīng)變梯度硬化作用明顯增強(qiáng)，流動應(yīng)力顯著提高。
以下是正文：
