彈塑性力學(xué)在半固態(tài)擠壓鑄造中的應(yīng)運(yùn)

1、彈塑性力學(xué)在半固態(tài)擠壓鑄造中的應(yīng)運(yùn)彈塑性力學(xué)在半固態(tài)擠壓鑄造中的應(yīng)運(yùn)塑性加工工藝具有無切削、高效率和低成本等優(yōu)點(diǎn)，因此它是微零件規(guī)?；a(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，微零件的尺寸十分微小，其生產(chǎn)工藝有別于傳統(tǒng)的塑性加工方法。由于成形尺寸小，尺度效應(yīng)扮演著重要的角色，成為微塑性研究的基本問題。基于連續(xù)介質(zhì)的傳統(tǒng)塑性力學(xué)理論無法解釋微塑性成形過程中的尺度效應(yīng)。另一方面，相對(duì)于分子的尺寸而言，微塑性成形零件的尺寸又過于龐大，也無法將基于離散介質(zhì)的分

2、子動(dòng)力學(xué)理論應(yīng)用到微塑性成形研究中。因此，有必要對(duì)微塑性技術(shù)理論進(jìn)行系統(tǒng)的研究。1.2.1微成形技術(shù)理論基礎(chǔ)微塑性成形指加工的產(chǎn)品尺度至少是在毫米量級(jí)以下的塑性成形方法，是以塑性加工方式生產(chǎn)毫米到微米量級(jí)微型零件的工藝技術(shù)。與傳統(tǒng)的塑性成形技術(shù)相比，微成形技術(shù)具有新特點(diǎn):(1)本構(gòu)關(guān)系與材料特征尺度相關(guān)。(2)尺度效應(yīng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。(3)材料呈現(xiàn)出各向異性。(4)微成形產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)明顯。(5)材料微結(jié)構(gòu)對(duì)微成形工藝的影響明顯增加。(6)摩

3、擦和潤(rùn)滑發(fā)生了變化。(7)模具設(shè)計(jì)和制造發(fā)生了變化。(8)相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)試方法與測(cè)試儀器在微小尺度下變得特殊，傳統(tǒng)的理論、方法和設(shè)備已經(jīng)不再完全適用。相對(duì)于其它的微型件制造技術(shù)，微塑性成形技術(shù)在很多方面具有明顯的優(yōu)勢(shì):(1)加工精度高。由于在微成形過程中材料與模具緊密接觸，微成形零件尺寸精度、表面粗糙度等均可以達(dá)到較高要求，適合于微小高精度零件的凈生產(chǎn)。(2)生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。微成形技術(shù)是利用材料的塑性變形來實(shí)現(xiàn)微型零件的制造，

4、可對(duì)同樣結(jié)構(gòu)的微型零件通過模具進(jìn)行高速制造，以滿足對(duì)微型零件的大量需求。(3)材料利用率高。微成形技術(shù)通過材料塑性變形生產(chǎn)微型零件，材料損失很少。(4)加工形狀多樣。微成形技術(shù)可以通過模具加工復(fù)雜三維微型零件。(5)低加工成本。微成形技術(shù)對(duì)加工儀器、設(shè)備、環(huán)境等要求相對(duì)較低，生產(chǎn)成本較低。(6)可加工材料廣泛。微成形技術(shù)可對(duì)大部分金屬進(jìn)行加工。料。利用金屬的半固態(tài)坯料進(jìn)行成形加工，這種方法稱之為觸變成形。半固態(tài)金屬的上述兩種成形方法合稱

5、為金屬的半固態(tài)成形或半固態(tài)加工，通常稱為半固態(tài)加工。流變成形在凝固期間，對(duì)合金施加攪拌，使?jié){料中形成顆粒狀固相，然后像液態(tài)金屬壓鑄一樣直接將半固態(tài)漿料注入壓型中成形，這種工藝稱之為流變成形。流變成形充型前漿料已呈半固態(tài)狀態(tài)，雖然粘度較高，但仍具有良好的流動(dòng)性，充型流態(tài)為層流，可以制造尺寸精確、形狀復(fù)雜的高質(zhì)量零部件。這種加工方法的缺點(diǎn)是半固態(tài)漿料儲(chǔ)運(yùn)比較困難，所以在工業(yè)中的應(yīng)用受到了很大的限制。但是流變成形有設(shè)備較簡(jiǎn)單、流程較短、可節(jié)省

6、能源等優(yōu)點(diǎn)，是今后半固態(tài)成形的發(fā)展方向。將半固態(tài)漿料凝固成鑄錠，按需要將此鑄錠切割成一定大小，使其重新加熱到金屬的半固態(tài)區(qū)，利用半固態(tài)合金坯料進(jìn)行壓鑄或擠壓成形，這種方法稱為觸變鑄造。由于半固態(tài)坯料的加熱、輸送很方便，并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，因此觸變鑄造已成為當(dāng)今半固態(tài)鑄造的主要工藝方法。普通壓鑄工藝中有一個(gè)缺點(diǎn)是液態(tài)金屬射出時(shí)空氣易卷進(jìn)鑄件中形成氣泡，普通壓鑄件不能進(jìn)行熱處理。半固態(tài)壓鑄時(shí)，通過控制半固態(tài)金屬的粘度和固相率，可以改變?nèi)垠w

7、充型時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)，抑制氣泡的產(chǎn)生，使鑄件內(nèi)在質(zhì)量明顯提高，并可以經(jīng)過熱處理達(dá)到高品質(zhì)化，從而可能應(yīng)用到重要零件上，并可以制造鍛造難以成形的復(fù)雜形狀制品。鑄造屬于液體充填形式的加工方法。它利用液態(tài)金屬具有良好的流動(dòng)性，完成成形過程中的充型、補(bǔ)縮，直至凝固結(jié)束。為了提高鑄件的質(zhì)量和尺寸精度，鑄造不斷的向著快速、精密、高壓方向發(fā)展。然而，從凝固機(jī)理角度看，鑄造加工要想完全消除鑄件內(nèi)部缺陷是極其困難的。塑性加工屬于固體充填形式的加工方法。它利用