Анализ микро/мезомасштабного процесса штамповки с равномерным, зависящем от размера материала учредительного модели

 

Министерство образования  и науки РФ

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ

 УНИВЕРСИТЕТ

ИАМиТ

Кафедра сопротивления материалов и строительной механики

 

 

 

Реферат по дисциплине «Сопротивление материалов»

На тему: Анализ микро/мезомасштабного процесса штамповки с равномерным, зависящем от размера 
материала учредительного модели

 

 

 

                                                          Выполнил студент группы ТТб

                                                             Принял 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2013

 

Введение

 

С текущими требованими все больше и больше микропортативных устройств и другой миниэлектроники, микрометаллических  частей необходимы для минимизации продукции. В технологии массового производства, процессы микроформирования в последнее время привлекают внимание производителей и исследователей.

Микрометаллическая штамповка - главный процесс для производства микрометаллических  частей в связи с  низкой ценой, занятием ограниченного пространства, низким потреблением энергии.

Поэтому, необходимо развить  точный процесс микроформирования для промышленности микрочастиц. Однако, когда размер механической детали меньшие, чем 1.00 мм, так называемое эффекты размера достигают уровня [1–3], который ноу-хау, эмпирическое и аналитические методы в традиционных процессах формирования и не могут быть непосредственно использоваться в микроформировании.

 В настоящее время  компьютерное моделирование традиционных макромасштабов металлов формирует процессы,  использующие методы FE, достигли определенного уровня, основанной на точных моделей материала. Но отсутствие доступных моделей материала и осложнений, связанных с подключением различных масштабов, ограничивает использование инструментов моделирования в процессе микроформировании за счет размерных эффектов. В результате, точные результаты численного моделирования процесса микроштамповки труднее приобрести, чем у обычной штамповки. В результате, знание микроштамповки процессов базируется в основном на основе опыта проб и ошибок процедур.

Как правило, размер материальных последствий происходят из двух совершенно различных источников: во-первых, "размер зерна", а другой "функция / размер образца", которые на самом деле включают в себя геометрические масштабированые заготовки. Два типа размера / масштаба эффекта показаны на Рис. 1.Наиболее часто параметром  для описания материалов используют поведение кривой напряжения течения, поскольку оно определяет формирование силы, нагрузки на инструмент, поведение материальных потоков и, таким образом, заполнение матрицы. С увеличивающейся миниатюризацией, кривые напряжения – так называемые эффектами размера, которые были наблюдаемы в бывших экспериментах [3,7-12]. Обычно, явления может быть объяснено поверхностной моделью [1-3,6] .  

Теория подобия обычно используют в экспериментах по изучению эффектов материала размером [2-3,7]. В экспериментах на осадку, серия образцов CuZn15 (размер зерна 79 мкм) были сделаны с различными размерами и том же масштабе длины с измерением инструментов [2]. Было обнаружено, что напряжение пластического течения уменьшается с уменьшением длины шкалы. Аналогичные результаты экспериментов наблюдаются позже в микроформировании [8-10]. Масштабный закон был также использован

Калс  и Экштейном [7] использовали CuNi18Zn20, листы разной толщины в исследовании размерных эффектов поведения материала. Он указывает, что напряжение течения увеличивается с увеличением масштаба длины. Листы из различных материалов, таких как CuZn15 [8], алюминий [9,10], латунь[9,11], также используют в экспериментах по изучению эффекта размеров и получены аналогичные результаты.

Результаты с некоторым усилием попытались проиллюстрировать поведение материала[11-13].Для того чтобы смоделировать процесс микроформирования точно, соответствующая модель материала необходима пройти через большой диапазон размеров, весов. В качестве материала развивается через последовательность этапов изготовления, так должно точные материальные уравнения представляющих их. В этом исследовании, однородный размер зависит учредительных модель представлена​​. Вводя масштабный фактор, он может предписывать оценки поведения материала от макромасштабные к MicroScale. Одноосные образцы натяжение SUS304 листы с различной толщины подготовлены и растяжение эксперименты выполняется для проверки модели материала. Кроме того, модели FE микро / mesosheet формования устанавливаются с этим одинакового размера зависит учредительных модель материала для исследования

 номенклатура

Ϭмоно - напряжение течения  монокристалла,МПа

Ϭполи- напряжение течения  поликристалла, МПа

Ϭмикро/мезо - напряжения течения  материала в микро/мезомасштабными (МПа) 
          ε - эффективная деформация

Ƞ- размер/коэффициент масштабирования

Ϭ_s-поток стресса, внешнего объема зерна МПа

Ϭ_i-поток стресса, внутреннего объема зерна МПа

N_s-количество поверхностей / внешнего зерна

Ni- количество внутри/объем зерна

N-общее число зерен

Ϭ₍₀₎ε- напряжение трения, необходимое для перемещения отдельных дислокаций в микро-дали полос скольжения скоплений, ограничивается

в единичных зернах (МПа)

k(ε)- локальное усилие стресса, необходимое для распространения выхода через границы зерна поликристалла (МПа)

d- размер зерна

τ_R-критические скорости сдвига решены напряжение монокристалла

(МПа)

M- Ориентационный фактор, связанный со скольжением деформации системы

m- ориентации фактора (m≥ 2)

w- ширина листа образцов

t –ширина листа образцов

Ϭ_dep- размер зависимый от времени напряжения течения материала для

 микро / мезомасштабных (МПа)

Ϭint-Размер независимый от времени напряжения течения материала для

микро / мезомасштабными (МПа)

 

 

 

2. Размер зависит от материала учредительного моделирования на

микро / мезомасштабах

 

С точки зрения конструкции, напряжение пластического течения  и кривой упрочнения является очень важным фактором, который влияет на деформацию материала, процесс проектирования и выбора оборудования. Напряжения течения микро / мезомасштабных экспериментовобнаружили, что будет отличаться от обычных масштабов, поскольку размерные эффекты,  требуют больше точных моделей для представления.

 

 

2.1. Теоретическая модель

 

 

Материал поведения оказывается  зависимым со шкалой в процессе микроформирования, который очень сильно отличается от обычных процессовт формирования. В настоящем исследовании представлена модель материала, ​​основанная на гипотезе поверхностной модели [2,13]. На самом деле, весь материал состоит из двух частей: Поверхность / внешние зерна и внутреннего / объем зерна (рис. 2) с точки зрения микромасштабных. Таким образом, напряжение течения материала предоставлены два вида напряжения течения: страдая от объемного зерна Ϭ_s(ε) и стресс поверхности зерно Ϭ_i (ε) в соответствии с поверхности модели. В отличие от внутреннего зерна, зерно на свободной поверхности менее ограниченено. Таким образом, механические свойства космического зерна очень похожи на один кристалл. С другой стороны, внутренние зерна могут быть приняты в качестве поликристалла.

Согласно предположению  выше, страдая от объемного зерна и стресс поверхности зерна могут быть выражены следующим образом [13-15]:

 

 

Рис. 1. Иллюстрация двух типов  размер / эффекты [5].

 

 

Рис. 2. Зерна распределения  в раздел Материалы с уменьшением  функции

масштабе [13].

 

Для о

Свободного кристалла m является ориентация фактор (м ≥ 2) [13,16]. Для FCC кристаллов, M равна 3,06 и 2,23 для Тейлора и Sachs моделей соответственно [17,18].

В результате свойства материала  могут быть смоделированы комбинации внутреннего зерна и своего зерна. Как правило, это приводит к меньшему упрочнению и более низкое сопротивление к деформации поверхностного зерна, потому что дислокации, проходящие через зерна в процессе деформации накапливаются на границах зерен, но не на свободной поверхности.

Кроме того, отношение этих двух различных видов зерна резко меняется с изменением функции / размера образца на микро / мезомасштабах, так что уменьшение напряжения пластического течения при миниатюризации размеров элементов наблюдалось в бывших экспериментов.

Именно поэтому размерный эффект, таким образом, соотношение поверхности зерна в общем объеме зерна в разделе особи вводится как масштаб фактор ƞ

Ƞ=

 

 

Рис. 2 показано распределение  зерна раздел Материалы время

Размер зерна остается постоянный. Он указывает, что поведение изменения  поликристаллической модели в макромасштабах, в монокристаллической модели в микромасштабах с уменьшением масштаба, в то время как размер / фактора возрастает. Это означает, что действует влияние размерных эффектов. Поэтому развитие потока стресса 
от макромасштабе (поликристаллический) на микроуровне (одного кристалла)  
описано, как уравнение. (3) [13]

 

Где Ϭ _моно является напряжением течения монокристалла. Ϭ_поли микро / мезо напряжения течения на материалы в микро / мезомасштабными. Для материалов в микро / мезомасштабах одной модели кристалла связаны нижняя грань и в поликристалле верхняя.

Согласно анализу выше, мы можем выразить напряжения течения материалов на микро / мезомасштабными в такой форме:

Где Ns и Ni это число поверхность / наружность зерна и внутренний / объем зерна, соответственно, N это общее число зерен; учитывая Ns=ƞN, уравнение (4). Может быть выражен с использованием масштабного коэффициента ƞ, как размер зависимый параметр, в котором влияние размерных эффектов может быть оценено в микро / мезомасштабными. Для материалов в микро / мезомасштабными, одна модель кристалла имеет нижнюю грань и в поликристалле верхнюю, они связаны.

Согласно анализу выше, мы можем выразить напряжения течения материалов на микро / мезомасштабными в такой форме:

 

Для размера фактор ƞ = 0, то уравнение (5). Выражает напряжение течения для обычных поликристаллических материалов. В то время как размер фактор ƞ = 1, оно выражает поток стресса для монокристалла.

Для того чтобы проанализировать влияние размерных эффектов, эта  модель может быть разделена на два различных термина: зависит от размера модели и размеронезависимые модели. И модели материала можгут быть выражены как

\

 

 

Таким образом, материал модели может быть выражен обычным

поликристаллическим материалом модели с вычитанием влияния размерных эффектов в потоке стресса.

 

Рис. 3. Поверхность зерна и внутреннее зерно в листе образца [13].

 

2.2. Размер фактора микролиста формования Рис. 3 показывает зерна листа в другом масштабе. лист зерна диаметром d. Толщина листа и ширина заметили t и w соответственно. Количество поверхность зерен в секции может быть

Рассчитанно

 

Общее число зерен в разделе может быть выражено как

 

Поэтому размерный коэффициент получается

 

Из уравнения. (8), оно может  установить, что размер фактор ƞ в

микро / mesosheet формования связана с двумя параметрами: Ширина листа и толщины листа. В микро / мезомасштабными, Ширина листа W, как правило, гораздо больше, чем толщина t (wt), а ширина W также гораздо больше, чем диаметр зерна d(wt). Таким образомe, (w +t −2d)/w ≈ 1. . Таким образом, уравнение. (8) может быть упрощено

 

 

3. Эксперименты и проверки

 

В микролистах процесса формовки, функция размера, например, высоты, длины и ширины заготовки, находится в той же величине как толщина или размер зерна листового металла с уменьшение масштаба. В этом случае зерна в разделе листового металла играют все более важную роль в формировании процесса, чем в макролистовом формировании п, потому что какие-то зерна в специальных областях, такие как контакт области с жестким штампом, вносят наиболее деформации. Таким образом, и размер зерна и функция / образец размера должна быть считаться.

 

3.1. Micro / mesoлистовые эксперименты на растяжение

 

Для подтверждения одинакового  размера модели зависит от материала предложенных в данном исследовании, растяжение образцов готовят и эксперименты проводятся. Материал используют в экспериментах SUS 304 из нержавеющей листовой стали. Лист образцов со средним размером зерен от 25 мкм готовят различной толщины (Т = 0,1 мм, 0,2 мм, 0,4 мм, 1,0 мм).

Растяжение образцов провода, вырезаные из плоского холоднокатаного листа. Рис. 4 показывает одноосное растяжение образца. Измерительная длина 25 мм и длиной свободного образца 60 мм. И переход радиус Ris 7,5 мм для снижения концентрации напряжений и проверить с помощью МКЭ моделирования. Прочность на эксперименты проведены и рис. 5 показывает истинное напряжение и стресс, кривые растяжения образцов с различной толщиной.