导　　师： 阮锋

学科专业： H0201

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 精密级进微冲裁技术是指利用精密级进冲压模具在精密高速压力机上使薄板分离，从而获得至少在两个维度上尺寸在一个毫米范围以内的零件或冲裁特征的一种微冲压技术，主要应用于IC引线架、连接器端子等微型IT制件的生产制造过程中。精密级进微冲裁技术不但涉及的冲裁对象尺寸小，而且冲裁时压力机速度高达几百次/分钟，所使用的模具又是复杂、精密的级进冲压模具，在这种苛刻的条件下研究微冲裁的有限元分析技术和微冲裁机理、研究其变形过程的影响因素及各种问题的解决办法是非常困难的。因此，迄今为止，针对精密级进微冲裁技术的研究较少，致使对其机理的认识还停留在传统冲裁理论的基础上，造成很多实际生产中存在的关键质量问题如偏摆变形、冲裁断面毛刺、冲裁断面氧化等难以找到有效的控制和解决方法，严重影响了微型IT产品的质量和性能，阻碍了IT产业的发展。
　　 有鉴于此，本文对精密级进微冲裁技术进行了比较系统的研究，研究内容主要包括以下五个方面：（1）考虑尺度效应影响的薄板本构关系模型研究；（2）精密级进微冲裁变形机理研究；（3）精密级进微冲裁制件偏摆变形规律及其控制方法研究；（4）精密级进微冲裁断面质量预测模型及断面质量控制研究；（5）精密级进微冲裁变形过程中镀层金属流动规律研究。简述如下：
　　 首先，建立了考虑尺度效应影响的薄板本构关系模型。以尺度效应的表面层模型为基础，分析了板料厚度对薄板材料力学性能尺度效应的影响。进行了薄板力学性能尺度效应的拉伸试验，试验结果表明：随着板料厚度的减小，薄板材料的整体流动应力呈现减小的趋势。将板料厚度作为尺度效应因子引入薄板材料的本构关系，构建了考虑尺度效应影响的薄板本构关系模型，并通过试验验证了该模型的正确性，从而为精密级进微冲裁变形机理的研究提供可靠的材料性能依据。
　　 其次，对精密级进微冲裁变形机理进行了深入研究。针对精密级进微冲裁工艺特点，解决了其有限元分析的关键技术问题，建立起相应的有限元分析模型。运用建立的有限元分析模型，对精密级进微冲裁变形过程、断面特征区域的形成、应力应变特征及演变规律进行了深入分析。研究结果表明：与普通冲裁不同，在卸料板的强压作用下，随着凸模行程的增加，剪切区的静水应力由静水压应力转变为静拉应力，凸、凹模侧面主要为静水压应力，仅在凸、凹模侧面刃口部位附近为静水拉应力。在冲裁变形过程中，强压边条件使静水压应力场的作用范围增大，延迟了裂纹的形成与发展。因此，精密级进微冲裁制件的断面质量比一般冲裁件要好，光亮带高度可以达到料厚的60％。
　　 然后，依据精密级进微冲裁变形机理，并结合有限元分析、试验、生产实践以及优化方法，对精密级进微冲裁工艺中的关键技术进行了研究。主要有：
　　 精密级进微冲裁制件偏摆变形规律及其控制的关键技术研究。采用有限元方法分析了非对称微冲裁工艺在分步冲裁变形过程中的差异性，并进行了偏摆变形机理的试验研究。根据有限元分析和试验结果，提出了精密级进微冲裁制件偏摆变形的机理解释：第二步冲裁使细长悬臂结构产生转动，引起细长悬臂两侧断面附近区域在剪切线方向变形的不平衡性，最终导致了偏摆变形的产生。对精密级进微冲裁制件偏摆变形的影响因素进行了综合分析，通过试验研究得到了不同制件宽厚比以及不同微冲裁工艺条件包括冲裁间隙、模具磨损、冲裁速度对偏摆变形的影响规律。在掌握偏摆变形的机理及影响规律后，提出了防止偏摆变形的工艺控制方法和后续较正方法，并应用于精密级进微冲裁制件的实际生产中，应用结果表明能够有效地解决偏摆变形问题。
　　 精密级进微冲裁断面毛刺监控和预测的关键技术研究。在深入研究灰色系统理论的基础上，通过将冲裁行程次数和毛刺宽度映射为灰色预测的时间增量和系统特征量，以程序开发的方式实现了断面质量预测模型的可操作化。在试验的基础上，获得了实际生产中冲裁断面毛刺的动态变化规律，运用建立的预测模型进行了断面质量预测，并与运用回归分析方法获得的预测模型进行了对比分析，结果显示：本文建立的预测模型能够更加精确地预测断面毛刺宽度，而且所需要的采样数据较少，适合于精密级进微冲裁实际生产的需要。
　　 利用精密级进微冲裁中镀层金属流动解决冲裁断面氧化腐蚀问题的关键技术研究。采用有限元分析模型模拟了镀层薄板的精密级进微冲裁变形过程，得出了镀层金属在变形过程中的流动规律：镀层金属将会流动分布于冲裁断面的圆角带和光亮带上。结合有限元分析的方法建立了冲裁断面上镀层金属成分含量的预测模型。通过试验验证了有限元分析结果和预测模型的正确性，并证实了采用镀层薄板冲裁工艺可以有效地防止冲裁断面氧化腐蚀。利用建立的有限元分析模型和预测模型，研究了冲裁间隙对断面镀层金属成分含量的影响，结果表明：增大冲裁间隙可以增加光亮带上的镀层金属含量，从而为工艺设计提供了合理的依据。

关 键 词： 精密级进冲压 微冲裁 尺度效应 偏摆变形 灰色预测 冲压模具

分 类 号： [TG386.2]

领　　域： [金属学及工艺]