304不锈钢极薄带微流道气胀成形材料流动行为及微观组织研究

作     者：张鹏 朱学卫 于保洋 武天枫 朱锦州 

作者机构：太原理工大学材料科学与工程学院 太原理工大学金属成形技术与重型装备全国重点实验室 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心 海安太原理工大学先进制造与智能装备产业研究院 太原理工大学机械工程学院 

出 版 物：《中国机械工程》 (China Mechanical Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：中央引导地方科技发展资金项目(YDZJSX2022A023) 海安太原理工大学先进制造与智能装备产业研究院开放研发项目(2023HA-TYUTKFYF018) 

主　　题：304不锈钢极薄带 微流道 气胀成形 有限元数值模拟 材料流动行为 

摘      要：气胀成形技术因模具精度要求较低、成形件表面质量高、坯料及模具无磨损等特点有望在微流道成形领域实现应用。本文针对304不锈钢极薄带开展微流道气胀成形实验及数值模拟，构建了微流道气胀成形有限元模型，研究了成形过程中不同阶段坯料的应力应变分布及不同位置的厚度变化规律，分析了气胀成形试样典型位置微观组织的演变机制，将试验与模拟成形流道轮廓进行对照，验证了数值模拟结果可靠性。结果表明，在成形过程中两侧流道等效应力值更大，但等效应变值较低且成形深度更大，主要原因在于两侧流道有非成形区材料补充，流道成形深度更深但减薄程度较低。针对中部单个流道，其侧壁上圆角处等效应力和等效应变值均最大，在25MPa和常温条件下，上圆角处厚度由100μm减薄至84.05μm，减薄率高达15.95%，是成形易破裂区域，模拟流道深度为619.67μm，实验流道深度为556.34μm，误差率为11.38%，且模拟结果流道各位置的厚度分布与实验结果吻合度较高。流道底部与流道侧壁的减薄率居中且基本相同，流道脊部减薄率最小仅为8.23%。成形后试样晶粒尺寸降低且位错密度增大，小角度晶界占比由58.04%提升至62.61%，加工硬化现象明显。