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000032金属微塑性成形中的尺度效应及其数值模拟技术

Re1 繁 Vw e 金属微塑性成形中的尺度效应及其数值模拟技术 李雷’3谢水生’米绪军’曹建国。 2,,,, 1北京有色金属研究总院,色金属材料制备加工国家重点实验室, .有北京 1 0 8 008 2河南理工大学材料科学与工程学院,南焦作 4 4 0 .河 500 3海亮集团有限公司浙江海亮股份有限公司,江诸暨 3 1 1 .浙 184 擅要 关■词

介绍了金属微塑性成形过程中的两类尺度效应,越小越弱”“小越强”探讨了产生不同尺度效应的原因;绍了能够即“和越,介 微塑性成形;度效应;变梯度塑性理论;错;值模拟; MS尺应位数 ME

反映尺度效应的物理模型及相应的数值模拟技术。出了各类模型和数值技术面临的困难。指预测了该研究领域的发展方向。

中圈分类号 T 0 G3 1

文献标识码

A

文章■号

1 0— 8 72 0 )1 0 7 - 4 0 7 5 (0 80 - 0 6 0 0 mirfr n;sz e e t;sri ga in pat i; eoomig i f cs tan r de t lsi t e cy

S z fe t n M e a i r f r i g i e Ef c si t l M c oo m n Pr c s e n l t d Nu e i a o e s s a d Re a e m r c l M o lng Te hni dei c que s L e, I h i eg, jn, A inu ILi X ES us n MI u C O J go ' h Xu a 1 S t K y ao trf r ar a o dPoes go . te e L br oy o F i i a a a b c n n r si t c n f^ 1 1『 7 1 t s G nr eerh ntu fr 0" ̄Me l ee R sa s t e o 0 a, l a c I it^ 1 1『 7 1 t sB ̄n 0 08 C i 0" ̄Me, e i 1 08, hn 0 l a ig a 2 I tu t rl Si c n n er& H nn .n i t oMa is c neadE ̄ne n ea s t ef ea e i P l e h i U iest J o u 5 0 0 He a o i e oy c nc nv ri, i z o 4 4 0, n n P v n, t y a r c Chn i a

KI w

d s c t n n me c l

d l g MEMS il ai; u r a o o i mo e i; n

O引言 微机电系统 ( coE et c aia S s m, MS中 Mir lcr Me h ncl yt ME ) o e需要大量的微金属构件,微梁、如微齿轮和微电机等,这类特征尺寸在微米量级金属构件的压力加工技术。即微塑性成形

技术。传统的微成形技术是由微电子工业的二维成形技术发 展而来,体硅微加工技术和表面微加工技术 m,两种技术如这

只能实现二维成形,无法实现几何深宽比大的构件的成形, 也不能对金属材料加工。后来发展的 LG Lto a hc I A( i g p i hr G ln f m n n bom n )术[实现对某些金属材料 aa o r u ga dA fr u g技 o 1可

3 Z ein i ag C .Ld,Ha in ru .Ld Z ̄i . hja gHal n o t. ia g G op C t, hj i l o 3 1 1, hjagPo i e C i 1 8 4 Z ein v n, hn r c a , p me Sz f cs i vd n ei tlmirfr n rc se, t. i r t iee e t,ne ie c mea eoomigp o es s n et e n fr o”mal r i we k r o n ot l f” mal r i i r i oi f s l e S h B a e” r i f i o s l S l e srn e” a e t d e i ti p p r Re e r h h ws h t h e to g r r su i d n h s a e . s a c s o t a t d so ain a d g an o e tt n p a i ot n r ls T e ilc t s n r i s r n ai ly mp ra t o e . h o i o p y i a d l,e p c al,t e c n i u m c a is mo es o h sc lmo e s s e i l h o t u me h n c d l,f r y n sz f cs a e d s u s d t g t e i e ae u fe me o s i e e t r ic s e, o eh r w t r lt d n me M t d . e h i h

的三维微成形 .不能实现 Z方向的弯曲或阶梯状等不规则但形状,且工艺复杂、成本高。由于其金属构件的成形过程实质上是一个

电镀过程,只能实现对少数金属的成形,以加故难 工合金构件。金属塑性加工技术,镦粗、压、削和挤压如冲切

等,能够克服 LG I A技术的缺点,实现对大部分金属及其合金

的三维成形,且具有生产率高、成本低等优点。因此,塑性微 成形技术成为了一个具有广阔应用前景的研究领域。但材料在微尺度下的属性和力学行为与宏观尺度下有本质的区别, 目前这一领域研究刚刚起步,塑性成形技术发展面临着很微

h t n g de t a t t c n e p a n t h n me a o s l T e sr i a in lsii a x li e p e o n f” mal r a r p cy h e i sr n e” h r b e n i iu t s o e e p y ia d l s t g r .T e p o l ms a d d f c l e ft s h sc lmo e s o i h r lt d w t e p e e tn me c e h i u s a e p i t d o t I i e ae i t r s n u r a tc n q e o n e u . t s hh il r s o n t a h s ls t o s o h— a e es meh d r h w h t t e me h e s me h d r mu i w v l t to s ae p o s g n e ov n t e u r a df c l e fr h e t i rmii i r s l ig h n me c n il i u t s o t s an i f i r g a in e r . r d e tt o y h

多亟待解决的困难。 制约微塑性成形技术发展的主要瓶颈之一是对尺度效 应的不了解。当金属构件的特征尺寸达到微米量级时,于 由

表面积与体积比增加,面力学、面物理效应作用显著,表表微

收稿日期: 0 7 1— 8 2 0— 0 0

基金项目:国家自然科学基金项目(0 7 0 7;南理工大学博士基金项目(4 54)青年骨干教师基金项目(4 0 7 564 1)河 682 692 ) 作者简介:李雷,南省焦作市世纪大道 20河 0 1号河南理工大学材料科学与工程学院,副教授,— i le@h ueuc E ma:i i p . . l l d n

7科技导报 2 0。 6 1 6 0 82 I)

000032金属微塑性成形中的尺度效应及其数值模拟技术

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