挤压是微成形中较为典型的工艺,它是用冲头或凸模对放置在凹模中的坯料加压,使之产生塑性流动,从而获得所需形状,尺寸和具有一定力学性能的挤压件[8,9]。
微挤压是体积微成形技术的一种,国内外的研究较多,从实验方法来看可以分为实验和模拟两方面。
日本Gum大学的Y.Saotome 教授开发的一套微型反挤压加工系统如图1.1所示。采用压电陶瓷制动器为驱动部件。整套系统很小,可以放在手掌上。成形件如图1.2所示。
Y.Saotome和Iwazaki利用Al78-Zn超塑性合金成功地挤压出了节圆直径为200μm,齿数 z=10,模数m=20μm的微型齿轮[11]。结果表明,润滑情况和模具表面质量对挤压件的成形过程有很大的影响[12] 。
图1.1 微型反挤压加工系统[10] 图1.2 微型齿轮[10]
M. Geiger 教授等人利用杯杆复合挤压实验,重点研究了晶粒尺寸对微尺度效应的影响等一系列问题。研究表明:尺寸越小,坯料的变形行为和机械性能受单个晶粒的影响越大。晶粒尺寸影响材料变形的均匀性,使得材料成形性能的各项异性非常严重,引起成形件机械性能的不均匀性[13]。
J.Gao 课题组利用微挤压系统做了大量挤压实验,结果显示,晶粒尺寸越小,成形力越大。而经过初次挤压实验后,模具表面粗糙度降低明显,在以后的实验中却变化不大[14]。
Hirota 采用板材挤压的方式制备纯铝微锻造的坯料,直径为1mm,厚度为2mm[15]。Parasiz 等通过微挤压实验,发现粗晶试样(晶粒尺寸为211μm)挤出后发生弯曲,而细晶试样(晶粒尺寸为32μm)挤出后没有发生弯曲现象。微成形后粗晶试样的硬度高于细晶试样的,这是由于粗晶存在更多的剪切变形。粗晶试样微挤压后没有发生弯曲部分的晶粒为拉长状,而发生弯曲部分的晶粒却保持原形。随着试样尺寸的减小,两种晶粒尺寸的试样表层硬度升高。几何协调位错密度随试样尺寸减小和挤压角增大而增大[16,17]。Rosochowski等采用大塑性变形得到细晶1070Al合金试样,通过微挤压制备了杯形件[18] ,外径1.8mm,内径1.24mm。而Geißdörfer 等采用同样的方法微挤压制备了纯铜杯形件,外径1mm,内径0.7mm,并分析了粗晶和细晶挤出的杯形件外形差异[19]。
赵亚西采用高径比为1:1,直径为0.5mm至4mm的H62黄铜柱体试样室温下的单杯和双杯挤压试验,对影响材料流变应力效应的变形程度、变形速率、材料尺寸等因素进行分析;以及对H62材料进行双杯挤压实验,结果发现,在润滑条件下挤压成形,随着试样尺寸的减小,摩擦系数显著增大[20]。
彭昊等人为了研究晶粒尺寸对微型正挤压工艺的影响,通过微型正挤压成形,自行设计微成形试验,研究了常温下不同晶粒尺寸的微型铜圆柱体坯料的变形行为,取得了微小尺度下材料的流动特点和相关实验参数。结果显示: 随着坯料晶粒尺寸的增大,所成形出的微型异径杆挤出端长度显著增长; 凸模的单位压力随着晶粒尺寸的增大而降低;然而 ,在成形过程中,成形力变化趋势其实并不是随晶粒尺寸的变化而变化[21]。
借助半固态金属优异的物理性能,雷晚勤等人从微塑性成形技术的新材料角度着手,以半固态金属ZL101为研究对象,通过二次加热微正挤压实验,研究了半固态金属的微成形工艺可行性。该课题组已成功实现挤压比为400的正挤压。结果表明:实验过程中,挤压直径尺寸出现了尺度效应。挤压温度通过影响组织中的共晶相来改变微观组织结构,对微观组织的影响十分明显。此外,挤压直径尺寸也会导致组织的改变[22,23]。 微挤压技术的发展研究现状:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_16378.html