镦粗试验

由于坯料尺寸微小和较高试验精度的要求，微型墩粗试验在坯料制备、润滑、坯料定位等方面与传统宏观尺度下的试验都有所不同。另外由于面心立方金属晶体的相关理论研究较为成熟，为了便于对数据进行理论分析，试验材料选用的是典型面心立方金属铜。

由于坯料尺寸微小且具有细微结构以及其表面对划痕、毛刺等缺陷的敏感性增强，传统坯料加工工艺已不再适用。因此必须采用高精度特殊加工手段来制备坯料。试验用坯料是铜丝(直径为0. 97mm)经线切割后抛光制成的高径比约为1的微型圆柱体。为了观察不同晶粒度对变形的影响程度，坯料经惰性气体保护分别在430℃加热1h,700℃加热8h和700℃加热24h以使晶粒长大，然后炉冷，以获得不同大小的晶粒 。

通过微型镦粗试验，得到微小尺度下材料流动及流动应力区别于宏观尺寸的新特点：

1.材料流动呈现出各向异性，随着压下量的增大而更加明显。

2.材料出现先硬化后软化现象，在相同变形量条件下，流动应力出现明显波动;晶粒尺寸不同，硬化向软化转换的拐点也不同。

3.屈服应力降低，出现大幅度波动;晶粒尺寸越大，屈服应力降低的越明显。

4.变形速度对材料流动、屈服应力、流动应力影响不太明显 。2100433B

随着电子工业及精密机械的飞速发展，产品的微型化已成为一大发展趋势。电子和微机械部件的高集成化和微型化的趋势，使得对微小零件和高精度金属部件的需求日益增加。金属成形技术虽然可以满足这类微小零件的大规模生产，但作为一种全新的金属塑性成形技术微成形，在许多方面都区别于传统的成形技术。在微成形过程中，由于坯料及变形区尺寸的缩小，整个坯料及变形区只由有限晶粒构成，晶粒尺寸相对变大。在这种情况下，坯料和变形区中每个晶粒的大小、晶粒取向、晶粒形状及变形等对整体变形的影响明显增强，出现了所谓的“尺度效应”现象，由此导致材料流动及流动应力等呈现出不同于传统宏观尺寸下的特点。为了找出这些新特点来指导微成形的工艺设计，有必要对微小尺寸下的材料流动及流动应力的特点进行试验研究。

研究材料流动的基本试验主要有拉深和镦粗两种方法。由于受到颈缩的限制，拉深试验不能获得较大变形量下的数据，因此不能较精确地描述大变形条件下材料流动及流动应力特点，而实际塑性成形工艺中的变形量往往很大，导致拉深所得数据适用范围有限;墩粗试验能够获得较大变形量下的数据，可较为精确地描述大变形条件下材料流动及流动应力的特点。因此，为了获得较大变形量下的数据以更好地接近微成形工艺及模具设计的特性，采用了墩粗试验 。

在室温下采用不同的压下速度(50μm /min和100μm/min)对不同晶粒度的坯料进行试验。由于坯料比较微小，对试验精度要求比较高，因此选用的位移精度为1μm，力精度为0. 5%的Zwick /RoellZ020万能试验机。试验过程中以固定时间频率测量金属的塑性变形是构成金属的大量具有随机取向的各向异性晶粒沿不同方向的滑移和孪生。在变形过程中，由于晶粒间变形协调、应力平衡及晶粒取向、形状、尺寸等的限制，各晶粒的变形先后不一致，有些晶粒变形较大，有些则变形较小。因此，从绝对角度来看，金属塑性变形是不均匀的，但是，当坯料的尺寸处于宏观尺度时，尽管各个晶粒的变形情况各不相同，但由于晶粒数目巨大，故单个晶粒的变形对整体变形的贡献十分微小，因此从宏观角度来看，变形是均匀的。

当坯料尺寸减小到微观尺度时，构成坯料的晶粒数目减少。在这种情况下，单个晶粒的形状、尺寸、取向等对整体变形的影响增大，材料整体上呈现出各向异性，材料流动及应力场、应变场分布出现不均匀。随着变形量的增大，各个晶粒产生转动，使滑移方向与受力趋于一致以利于材料流动，加剧了材料流动的不均匀。另外，随着变形量的增大，坯料表面积与体积之比增大，导致处于表面的晶粒个数增加，材料所受约束减少，各向异性增强，也进一步加剧了材料流动的不均匀 。

镦粗平砧整体镦粗

坯料在平砧问整体受压，整体变形。由于受 坯料与砧面接触摩擦的影响，锻件各处变形分布并不均匀。

镦粗垫环中的镦粗

垫环中的镦粗又称镦挤，这是毛坯在镦粗变形的同时还会 发生局部挤压变形的镦粗方式。垫环中的镦粗经常被用于生产带有单 面或双面凸台的自由锻件，如法兰盘毛坯等。

镦粗局部镦粗

在坯料上某一部分进行的镦粗，称为局部镦粗。

镦粗时应注意镦粗部分的长度与直径之比应小于 2.5，否则容易镦弯；坯料端面要平整且与轴线垂直，锻打用力要正，否则容易锻歪；镦粗力要足够大，否则会形成细腰形或夹层。镦粗时要考虑金属塑性的高低，控制其变形程度，对于硬度高的金属，强烈镦粗会产生纵向裂纹。

(1)镦粗是制造饼形、方块形、剧盘类自由锻件的主要变形工序；

(2)镦粗是环、筒类(或带盲孔)的自由锻件冲孔前必不可少的 准备工序；

(3)镦粗是轴、杆类自由锻件需要增加后续拔长变形程度的预备 工序；

(4)镦粗可以提高锻件力学性能，减少坯料力学性能的各向异性；

(5)镦粗可以作为盘形模锻件的制坯工序；

(6)经过反复镦粗拔长能破碎铸造组织，改善铝合金中组织的形 状并使其均匀分布，提高铝合金锻件的综合性能。