微塑性成形是指利用塑性成形的方式加工亚毫米级别微细结构零件的技术,具有生产效率高、原料利用率高,便于自动化控制和优异的产品质量,被广泛应用于各种微小零件的生产加工之中。在微细薄板成形中,由于零件的特征尺度处于介观尺度范围(10um-1000um),零件的成形回弹现象表现出显著的尺度效应,严重影响了微细薄板构件的尺寸精度。研究考虑尺度效应的微细薄板弯曲回弹预测,对指导微细薄板零件的成形工艺设计具有重要意义。本文以0.1mm SUS316L不锈钢板为研究对象,开展了微细薄板纯弯曲实验和拉弯实验,探究了晶粒尺寸、弯曲半径/晶粒直径比值和板料应变状态对微细薄板弯曲回弹量的影响;推导了考虑尺度效应的薄板回弹预测模型,分析了晶粒尺寸、弯曲半径和弹性模量对微弯曲回弹角的影响;设计并加工了多沟槽成形模具,探究了多沟槽成形回弹对槽道高度的影响规律,并基于超薄燃料电池金属极板成形模具,探究了模具圆角半径、模具间隙和摩擦系数对沟槽成形回弹的影响,为指导超薄燃料电池金属极板模具设计提供依据。本文主要的研究内容和结论包括以下几个方面:(1)SUS316L不锈钢薄板微弯曲实验与分析采用不同的热处理工艺,获得了具有大、中、小三种不同晶粒尺度的不锈钢薄板试样,通过单轴拉伸实验获得了具有不同晶粒尺度的薄板试样的流动应力曲线,分析了晶粒尺度对薄板力学性能的影响。设计并加工了具有不同圆角半径的微细薄板纯弯曲和拉弯模具,开展了不同晶粒尺寸不同工艺条件下不锈钢薄板微弯曲实验,研究了晶粒直径、弯曲半径/晶粒直径以及应变状态对薄板弯曲回弹量的影响。实验表明,薄板回弹角随板料晶粒直径的减小而增大,回弹角随弯曲半径/晶粒直径比值的增大而增大,在薄板弯曲变形过程中的拉应变可以减小薄板回弹量。拉弯和纯弯曲的差别要写一下。。(2)考虑尺度效应的薄板回弹预测与规律分析将介观尺度材料混合模型引入,将材料划分为表层材料和内部材料,沿板料厚度截面方向对表层材料和内部材料分别进行积分计算板料弯曲弯矩,推导了考虑尺度效应的微细薄板弯曲回弹的预测模型,与微弯曲实验结果吻合较好,验证了预测方法的正确性。利用回弹预测模型,分析了晶粒尺寸、弯曲半径和弹性模量对微细薄板弯曲回弹量的影响规律。研究表明,薄板弯曲回弹角随着弯曲半径的增大而增大;回弹角随着晶粒尺寸的增大而减小,且减小趋势趋于平缓;回弹角随着弹性模量的增大而减小,减小趋势也逐渐趋于平缓。此外,建立了回弹角与薄板特征高度的关系,分析了微弯曲实验特征高度的分布规律,为探究多沟槽成形高度提供依据。(3)微细薄板密集流道成形的回弹工艺研究开展了不同的凸模圆角和凸模行程微细薄板多沟槽工艺实验,发现沟槽高度在板料宽度方向上呈现中间低两边高的不均匀现象。利用本课题组开发的某型号超薄燃料电池金属极板成形模具,开展微细薄板多多沟槽成形工艺试验,发现当沟槽数量较多时,沟槽成形高度在板料宽度方向,呈现中间低两边高的分布规律,且成形高度越低高度分布的均匀性越差。建立了基于平面应变的微细薄板多沟槽成形有限元模型,探究了模具圆角半径、模具间隙和摩擦系数对沟槽成形高度的影响,为指导超薄燃料电池金属极板的生产提供依据。