镁合金热微挤压工艺研究+文献综述(3)
1.1.2.1.1 摩擦尺度效应
成形过程中坯料与模具的摩擦对微细成形工艺有很大影响，研究表明零件表面粗糙度是摩擦尺度效应来源之一。此外，在有润滑的条件下，由摩擦产生的尺度效应非常显著。
Tiesler等[5]在圆环镦粗的实验中第一次对摩擦的尺寸效应进行了研究，通过按比例缩小试样，他们发现随着试样的减小，摩擦力会相应的增加。Engel[6] 也在双杯挤压实验详细研究了微摩擦效应，并证实了上述结论，同时还提出了一种基于力学—流变学模型：“开放润滑包和封闭润滑包”模型，希望从理论上能够解释和描述摩擦尺度效应。如图1.1所示，
图1.1 微型化对摩擦系数影响[6]。(a)开放润滑包和封闭润滑包示意图，
(b)微型化对摩擦系数影响的解释模型
开式凹坑的区域位于工件的边缘，无法存储润滑剂，在挤压过程中，由于没有润滑剂，成形载荷全部作用在试件接触面上，表面上相对凸出的部分最先发生塑性变形，使得模具与工件摩擦系数增大；闭式凹坑位于工件内部，能够存储了一定量的润滑剂，受到成形力作用时，润滑剂承担了部分成形载荷，接触面上的载荷下降，从而使模具与工件摩擦系数减小。因此对试件整体来说，有润滑剂条件下摩擦系数较无润滑剂的要小。试样边缘处在成形压力作用下，开放润滑包无法保留润滑剂，而试样的开放润滑包的尺寸是一定的，因而随着试样尺寸的减小，封闭润滑包所占比例会显著减小，开放润滑包所占比例明显增大。当试样尺寸减小到一定程度时，开放包所占比例远远大于封闭，表面凹坑无法储存润滑剂，导致润滑作用消失，此时摩擦系数达到最大值。这就是Engel 提出“开放润滑包和封闭润滑包”模型。
1.1.2.1.2 流动应力尺度效应
M．Geiger等人[1]在对不同尺寸微型圆柱坯料进行镦粗的实验中发现：材料的流动应力随着坯料尺寸的减小而减小。这种现象可通过U.Engel等提出的“表面层模型”来解释[6]。如图1.2所示，
图1.2 表面层模型[6]
相对于内部晶粒来说，处于表面层的晶粒所受到的变形协调条件要求较低，位错运动及堆积的阻力小，硬化程度较低，变形所受到的约束小，变形流动应力小。在晶粒尺寸一定的条件下，随着坯料尺寸减小，外层晶粒数占整个坯料晶粒数的比例增大，因此，内、外层加权平均流动应力相应减小。对于尺寸一定的微型坯料，相对于晶粒尺寸小的坯料，晶粒尺寸大的坯料其外层晶粒数比例较大，加权平均流动应力也相应减小。申昱等人[7]基于晶体塑性理论和表面层模型，建立了与坯料尺寸和晶粒尺寸相关的流动应力关系式，并通过拉伸不同尺寸的坯料证实了该关系式的合理性，讨论和预测了流动应力降低与坯料尺寸、晶粒尺寸和坯料几何形状的关系。
此外，人们还发现，在晶粒尺寸保持不变的条件下，随着坯料几何尺寸的减小，流动的波动性和材料流动非均匀性逐渐增大。对于此类尺寸效应，M.Geiger和U.Engel等人[8,9]认为，随着坯料尺寸的减小，变形区内的晶粒数目减少，各个晶粒的尺寸、形状、取向、位置等的随机性表现出来更显著，对流动应力和变形的影响增大，从而导致材料流动非均匀性增大，坯料流动应力呈现出较大随机波动现象。
1.1.3 微成形技术种类及工艺
根据成形材料的状态，微成形工艺可以分为固态成形和流态成形两大类。固态成形一般采用塑性加工，与传统的塑性加工一样，其中根据坯料形态的不同，可以分为板材成形和体积成形。体积成形包括模锻、正反挤压、压印等；板材成形包括拉深、冲裁、胀形等。流态成形包括塑料注射成形、金属和陶瓷粉末注射成形、铸造等。