微传动件精密体积成形及其机理研究

作     者：闫超 

作者单位：深圳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：龚峰

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：T2紫铜 微成形 微齿轮 热模锻 尺寸精度 

摘      要：产品的微型化可以使独特的产品功能在微尺度的几何图形和特征中实现,并进一步减少产品的重量和体积,是促进产品使用的一种新兴趋势。但由于零件的微型化造成的尺寸效应现象,导致材料的塑性变形机理发生改变,使得传统的成形工艺不能简单的转移到微成形领域。本文选择微齿轮齿条等传动件作为典型零件,通过有限元分析与试验研究结合的方法,研究微型零件的成形规律,对促进塑性微成形的发展和应用具有重要的学术理论研究价值和社会实践意义。通过对原始态T2紫铜棒进行退火处理,研究了退火温度对材料微观组织以及维氏硬度的影响规律。同时,通过单向压缩试验,研究了晶粒大小、试样尺寸、加载速度、变形温度等工艺参数对T2紫铜基本力学性能的影响规律,试样均表现出明显的特征尺寸效应及晶粒尺寸效应,且晶粒尺寸和流动应力符合Hall-Patch关系。通过对渐开线数学模型进行分析,建立了微齿轮和微齿条的三维仿真模型,利用DEFORM-3D有限元软件对微齿轮和微齿条的成形过程进行了模拟,得到了微齿轮齿条在成形过程中的填充规律。同时,还研究了摩擦系数、加载速度、成形温度对成形过程的影响规律。最后根据有限元模拟结果,确立了成形试验方案。研制了用于微齿轮齿条成形的体积微成形模具,并对模具质量进行了系统检测。通过塑性微成形试验,研究了不同退火试样对微齿轮填充性能的影响;并使用600℃退火态T2紫铜对模数0.2 mm的微齿轮的成形过程进行了详细地研究,其填充规律与有限元仿真结果一致。由于在常温下极难获得完全充型的微齿轮,本文通过热模锻工艺制备出模数0.1、0.2、0.4 mm齿数12的微齿轮和模数0.2 mm齿数10的微齿条,并对其表面质量和尺寸精度的进行了检测,相比于常温下成形出的微齿轮,其尺寸精度有了极大地提高。最后,研制了微传动装置,利用本文所成形的微齿轮齿条进行了传动试验,验证了制备的零件具有良好的装配性和传动性。