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塑性成形技术的若干发展趋势
原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-27 原文发表:2007-06-27 人气:14
本文章共3004字，分2页，当前第1页，快速翻页：
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根据Motolola公司的统计，按公式计算的废品率仅在短期内与实际情况相符。在长期生产中，由于模具磨损等原因，误差还将扩大约1.5σ水平，如表中第4列所示。为了确保产品质量，他们提出要达到μ±6σ的设计可靠性要求，这被称为6σ稳健设计。优化设计软件iSIGHT可用于6σ稳健设计。在优化计算中，它可以通过接口调用ANSYS、Nastran等有限元分析软件来完成有关的分析计算。
3. 微细塑性成形[4]
随着微/纳米技术的兴起，以形状尺寸微小或操作尺寸极小为特点的微细加工技术已经成为人们认识和把握微观世界的一种高新技术。近年来，随着产品微型化的不断发展，尺度在500nm至500微米之间的金属成形研究正受到工业需求的驱动，特别是在电子工业中，微型化趋势的日益明显，目前已开发出了一系列微型电子产品，如微型电机、微助听器、微硬盘、微型数码照相机等。同时，微机电系统（MEMS）技术的逐渐兴起，也给微细加工技术提供了一个大力发展的机遇。传统的微加工技术主要以光刻、化学刻蚀以及LIGA技术为主，这些技术操作难度大、效率低、成本高，而且环境污染比较严重。微细塑性加工技术可以克服以上这些技术的缺点，因此具有巨大的市场潜力和应用前景。虽然到目前为止，微细塑性成形技术还处于探索和实验研究阶段，但是世界上一些工业发达国家，如日本、德国，已经进行了大量研究，在技术探索的同时，也为该领域将来必然发生的激烈竞争抢占了一些技术制高点。
微细加工的特点不仅在于工件几何尺寸的减小，也涉及材料性能的变化。在微尺度下材料的一些力学特征表现出与传统尺度下的不同的特点，某些在常规加工中与尺度无关的力学量在微尺度小却不再是与尺度无关的，而是表现出对尺寸的依赖性，这就是所谓尺度效应。上世纪九十年代初Fleck等在微扭转实验中发现当铜丝直径由170μm减小到12μm时，其无量纲扭转硬化率增加到原来的3倍。此后，对于材料屈服性能与尺度的关系进行了大量的实验研究和理论分析。尺度效应可以分为两类，分别称之为第类和第类尺度效应。一般把那些能够用传统的理论进行解释的尺度效应称为第类尺度效应，不能够用传统理论来解释的尺度效应称为第类尺度效应。如在单向拉伸和自由弯曲实验中,随着试件尺寸的减小,通常观测到的材料的流动应力和最大相对弯曲力会随之减小。这就是第类尺度效应。对于这种现象，Engel和Geiger等提出了一种“表面层模型”进行描述。当材料的特征尺寸减小到与材料内禀尺寸同一数量级时，材料表现出第类尺度效应，即应变梯度强化效应。对这种尺度效应的研究促进了应变梯度塑性理论的发展和应用。应变梯度理论中引入了材料的特征尺寸，从而可以从现象学的角度来刻画出尺度效应的影响。除了材料屈服应力的变化以外，在微成形中摩擦系数会随着试件尺寸的减小而增加。对于这种现象， Engel提出了一种“开放和封闭润滑坑”模型、也称做“动态和静态润滑坑”模型进行解释。
进行微成形研究，首先要解决毛坯制备、实验设备、实验模具和检测手段等基本问题。
实验结果表明，随着材料特征尺寸（如板材的厚度）的减小，材料的塑性一般会降低，例如金属箔材的延伸率一般远低于板材。这可能是由于特征尺寸范围内晶粒数量减少，使得塑性变形的不均匀性增强，同时材料几何和性能缺陷的影响相对增大而引起的。
由于微成形目前还没有得到广泛的工业应用，所以没有现成的专用设备。人们通常采用如下两种方法：① 自行研制专用的试验设备，如Joo等人为微冲孔研究开发的系统，他们采用高精度的导向装置来保证凸模的运动精度，通过一套带有CCD摄像头的监测装置，保证凸凹模的对中和间隙均匀。② 利用现有的一些高精度检测仪器，并配以自行研制的执行部件。如Saotome等研制的置于电镜操作室中使用的一种数控无模微成形系统。
微成形模具的加工难度很大，必须采用精度极高的电加工、腐蚀加工等方式。如在微冲孔中可用电加工方法制造刃口直径仅为几十μm的冲孔模，Saotome利用各向异性刻蚀的方法在单晶硅上加工出四面体形状的凹模。另外，Kurimoto采用直径为14μm的SiC陶瓷纤维作为冲头，也成功地进行了冲孔实验。
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