固体力学学报：第Ⅱ类尺寸效应影响下金属薄板液压胀形本构模型研究
2022-08-04【作 者】梁伟;杨晓翔;傅明旺;邓将华
【引 言】
自上世纪8０年代以来，随着微机电系统（ＭＥＭＳ）和微系统技术（ＭＳＴ）在航空航天、精密仪器、生物、医疗、军事等方面得到广泛应用，微型零件的需求量急剧上升［１］。薄板微塑性成形技术作为一种 微细加工技术，正发挥着越来越重要的作用．与经典的宏观板料塑性加工不同，在薄板微塑性成形中，随着板厚的不断减小，特别是当板厚减小到与材料内禀尺寸相当时，板料变形过程应变梯度不断变大，几何必需位错密度不断增多，材料出现硬化率增高的现象，这种现象称为第 Ⅱ 类尺寸效应［２，３］。在第 Ⅱ 类尺寸效应的影响下，经典塑性理论无法很好解释金属薄板微塑性成形过程出现的问题，如在文献［４］中，ＤｉｅｈｌＡ 等对板厚为２５μｍ－５００μｍ 的金属薄板进行液压胀形，当板厚小于５０μｍ 时，在胀形的初始阶段，流动应力出现较大值，但随着变形的继续，流动应力又迅速减小；ＭａｈａｂｕｎｐｈａｃｈａｉＳ等［５］发 现，当薄板液压胀形凹模半径与板厚的比值小于１９６时，流动应力迅速增大。所以，如何应用微尺度塑性力学来分析预测板料微成形过程出现的现象成为研究的关键。
本文主要应用应变梯度塑性理论，建立第 Ⅱ 类 尺寸效应影响下金属薄板本构模型，并将其应用于金属薄板液压胀形的研究，通过与实验数据的对比，验证该本构关系的正确性。
【结 论】
本文应用应变梯度塑性理论，将应变梯度硬化引入金属薄板胀形过程的本构模型，分析了薄板胀形过程的流动应力变化情况，分析结果与现有文献的实验结果符合得很好，得出结论如下：
（１）引入应变梯度硬化建立的本构模型能较好地预测薄板液压胀形过程中流动应力的变化情况。
（２）应变梯度对薄板液压胀形的影响程度与板厚大小有关，当厚度与内禀尺寸相当时，应变梯度硬化作用突出，随着板厚不断减小，硬化影响越来越明显。
（３）在液压 胀 形 中，流动应力对凹模直径变化敏感，当尺寸因子 Ｍ＜２００时，应变梯度硬化作用明显增强，流动应力显著提高。
以下是正文：
