采用应变梯度硬化模型预测黄铜薄板微弯曲弯矩李河宗1,2,董湘怀1,昱1申AlexanderDiehlHinnerkHagenah3,UlfEngel3,MarionMerklein3(1.上海交通大学塑性成形工程系,上海200030;2.河北工程大学机械电子工程学院,河北邯郸056038;3.纽伦堡大学制造技术研究所,德国埃尔兰根91058)3,摘要:通过黄铜板料微弯曲实验,发现其弯曲弯矩存在明显的尺寸效应现象,随板料厚度的减小,弯曲弯矩增大.采用经典塑性理论和不同的应变梯度理论对微弯曲弯矩进行了预测,对比分析结果表明:修正的Nix2Gao模型的预测结果更接近于实验结果,并且得出了合理的内禀尺寸表达式;该内禀尺寸与材料的剪切模量、初始屈服极限、柏氏矢量和板料厚度方向上的孪晶数有关.关键词:CuZn37黄铜;微弯曲;弯矩;应变梯度;内禀尺寸:TG301文献标志码:AMicrobendingMomentofBrassFoilsBasedonStrainGradientHardeningMoLIHe2zong1,2DONGXiang2huai1,SHENYu1AlexanderDiehl3,HinnerkHagenah3,UlfEngel3,MarionMerklein3(1.DepartmentofPlasticityTechnology,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China;2.DepartmentofMechanicalandElectronicEngineering,HebeiUniversityofEngineering,Handan056038,Hebei,China;3.ChairofManufacturingTechnology,Abstract:Themicrobendingexperimentsofbrasswereinvestigatedandthereexisttheobvioussizeeffectsthatbendingmomentincreaseswithfoilthicknessdecreasing.Themicrobendingmomentsarepredictedbyclassicalplastictheoryanddifferentstraingradienttheories,whichshowsthatthepredictedresultsbasedonthemodifiedNix2Gaomodelareveryclosetotheexperimentaldataandtheequationofmaterialintrinsiclengthisreasonable.Thematerialintrinsiclengthisthefunctionofshearmodulus,initialyieldstrength,Burger’svectorandtwinslayersacrossthefoilthick子连接器件等[122].微弯曲是微型产品制造过程中的关键工艺之一,针对该工艺的实验和理论研究获得随着微医疗系统、微机电系统等技术的迅速发展,对微型金属件的需求日益增多,如微型弹片、收稿日期:2011201219基金项目:国家自然科学基金资助项目(50835002,50975174,50821003),GermanFederalMinistryofEducationandResearchBMBF(CHN082041)作者简介:李河宗(19732),男,河北省邯郸市人,博士生,主要从事金属板料成形模拟及力学性能研究.董湘怀(联系人),男,教授,博士生导师,电话(Tel.):021262813430;E2mail:Dongxh@sjtu.edu.cn.李河宗,等:采用应变梯度硬化模型预测黄铜薄板微弯曲弯矩第11期1669表1CuZn37板料性能参数及内禀尺寸了一些不同于宏观弯曲的实验和理论研究成果.Stölken等[3]在对高纯镍梁的微弯曲实验中发现,无量纲弯矩随着板料厚度由50μm减小到12.5μm而增大;Suzuki等[4]在厚度为51、35和24μm纯铝薄板的微弯曲实验中,也获得了相似的实验结果;郭斌等[5]在对C2680黄铜箔微弯曲回弹规律进行研究中,指出坯料厚度对回弹的影响最显著随坯料厚度的减小回弹量增大.上述实验表明,在微弯曲过程中存在明显的尺寸效应现象.由于基于连续介质的传统塑性成形理论中不包含材料的特征尺寸量,无法描述金属塑性微成形中所表现的尺寸效应现象,因此,包含材料内禀尺寸量的金属塑性应变梯度理论得到了发展[6210].本文主要针对CuZn37黄铜微弯曲实验中表现出的弯曲弯矩尺寸效应现象以及应变梯度理论中的内禀尺寸量进行分析与讨论,指出采用修正的Nix2Gao应变梯度硬化模型来预测Tab.1MaterialparametersandintrinsiclengthofCuZn37foilsl/μml1/μml2/μmσs0/MPah/μmdt/μmEp/MPaα=0.140.10.50.10.52517104.31079231742412288502278.59212630749133301003570.39222637934133272006057.985232551374164121.2微弯曲实验弯曲实验的几何模型如图2所示.实验几何参数,如板厚h、弯曲凹模圆角半径Rd、凸模圆角半径Rp、弯曲间隙C、凸模运动速度等均按比例变化,以保证板料厚度发生变化时弯曲变形区外层金属应变值恒定.实验时使用一台放置在弯曲模具前的CCD数码相机对弯曲关键位置进行拍照记录.在计算机上即时对拍摄图片进行图像处理,进而得到相应的回弹角[9].实验中的弯曲...