微塑性成形的基础研究葛恩德,周清,赵亚西(南京航空航天大学机电工程学院,江苏南京210016)摘要:随着科学技术的不断发展,产品的微型化趋势明显加强。由于微塑性成形有其独特的优点,近年来,国内外专家和学者对其展开了广泛而深入的研究。该文介绍了近年来微塑性成形技术的基础研究现状并进行了归纳。关键词:微成形;尺寸效应;摩擦;超塑性中图分类号:TG306TheBasicResearchofMicro2plasticFormingGeEnde,ZhouQing,ZhaoYaxi(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)Abstract:Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,producttendstominiatur2izationstrengthenednoticeably.Asmicro2plasticforminghasuniqueadvantages,inrecentyears,do2mesticandforeignexpertsandscholarslaunchedextensiveandin2depthresearcho微成形技术(micro2formingtechnology)是20世纪90年代出现的将传统塑性加工工艺应用于大批量微型金属元件制造的一项技术。微成形是指利用材料的塑性变形来生产至少在两维方向上尺寸处于毫米量级以下零件的技术1。典型的微成形工艺有微挤压、微钣金、微模锻等,由于成形件的强度高、表面质量好、尺寸精度高,且工艺简单、生产为、流动变形规律和摩擦行为等均有较大的影响,且几乎在所有的塑性成形工艺中都表现出明显的尺寸效应,但随着不同加工变形方式而有所变化。到目前为止,对微成形中的尺寸效应还没有一个明确完整的定义,这种状态也反映了人们对该问题的认识程度。概括地讲,尺寸效应就是指:在微成形过程中,由于制品整体或局部尺寸的微小化引起的成形机理及材料变形规律表现出不同于传统成形过程的现象。究其原因,目前的理解是,与宏观成形相比,微成形制品的几何尺寸和相关的工艺参数可按比例缩小,但仍有一些参数是保持不变的,如材料微观晶粒度及表面粗糙度等。所以不能将微成形过程简单理解为宏观成形过程的等比微型化,且在具体的微成形过程中材料的成形性能、变形规律及摩擦等确实表现出特殊的变化。因此,从材料的变形机理和实际工况出发,研究微尺寸效应具有重要的意义。在微型器件的批量制造方面显示出巨大的潜力2。1微尺寸效应采用塑性成形工艺成形各种微型构件时,传统塑性成形工艺的某些特性仍保持不变。但由于成形件尺寸极其微小,成形件的表面积与体积的比值大幅度增加,引起的“尺寸效应”使得微塑性成形工艺的某些特性与传统塑性成形工艺相比发生了很大变化。研究结果表明尺寸效应对材料的塑性变形行2微摩擦行为Tiesler等3用环形压缩实验方法观察到,随着收稿日期:2008-04-16第一作者简介:葛恩德,男,1982年生,硕士研究生。—12—试件尺寸减小摩擦系数增加。Tiesler和Engel4～6综述《电加工与模具》2008年第3期通过双杯挤压实验研究证实了这一结论。在实验中,圆柱形坯料放置于凹模中,两端分别是固定和运动的凸模。当上模向下运动时,两端的材料开始分别向相反方向流动,逐渐变形为上杯和下杯。在理想状态下,也就是当摩擦力为零时,上下杯的高度相等。当一端的摩擦力越大,相对应端所成形杯的高度就会越小,这是由于运动凸模和固定凸模与坯料之间以及凹模和坯料流动之间不同的相对流动速度所引起的。由于试件几何形状相似,因此可通过上下杯高度的差异清楚地反映出摩擦系数的微小改变,摩擦系数随着微型化增大。对于上述现象,Engel7提出了一种“开放和封闭润滑坑(openandclosedlubricationpockets)”模型,如图1所示。在种模型的合理性。图2模型化对摩擦系数影响的解释模型3微拉深和微弯曲实验微拉深加工可生产出形状很小的杯形、壳形零件,但它相对于微弯曲来说要复杂得多。在拉深过程中,为了增加材料的拉深性能,ErhardtR8采用加热工件的方法,在加工过程中用Nd:YAG激光加热局部坯料,结果显示拉深力降低了20%,延伸率增加了10%。Y.Saotome9研究了不同凸模直径和板料厚度之间比值D/t对板料性能的影响,发现D/t值在10～100范围内,极限拉深比是随着D/t的增加而减小。与其他成形方法相比,微拉深研究受到的制约因素较多,主要表现在传感器及检测技术上,这方面的研究和报导较少。微弯曲常被用来加工微弹簧、微型夹头、连接器、引线框等微细三维立体零...