摘要
304不锈钢精密薄带具有优异的力学性能和表面质量，广泛应用于航空航天、生物医药、电子产品等领域。伴随微成形和电子信息技术的发展，对其加工质量提出了更加苛刻的要求。传统精密薄带轧制过程中存在严重的加工硬化现象，造成轧后精密薄带残余应力大、表面粗糙度等级低的问题。然而，超声能场具备的体积效应和表面效应在金属塑性成形过程中能降低材料的变形抗力和摩擦力。本课题将超声能场应用于薄带轧制过程中有望改善薄带的塑性变形能力和表面质量。 本课题通过超声能场辅助304不锈钢精密薄带拉伸试验，探究振幅对薄带塑性变形能力的影响。结果表明：与常规拉伸相比，施加超声振动后拉伸试件弹性变形阶段未发生明显变化，进入到塑性变形阶段，拉伸试件的屈服强度、抗拉强度和延伸率均发生了明显的下降。当振幅为6.9μm时，薄带的屈服强度和抗拉强度最小，分别下降了15.1%和18.8%；当振幅为4.2μm时，薄带的延伸率最小，下降了22.1%。利用拉伸试验数据，以Johnson-Cook本构模型为基础，建立超声作用下薄带塑性变形的本构模型，与试验数据相对比，最大误差为2.69%，验证了模型的准确性。 采用上述考虑超声效应的Johnson-Cook本构模型，建立二维超声振动辅助轧制有限元模型，分析超声参数和轧制工艺参数对轧制变形区的轧制力、接触压力、摩擦剪应力和薄带塑性应变的影响规律。结果表明：振幅和张力的增大降低了薄带的变形阻力，提高了薄带塑性变形的能力，因此轧制力、接触应力和摩擦应力会伴随振幅和张力的增加而减小，薄带的塑性应变却与之相反。薄带的变形阻力会伴随变形量的增加而增大，因此当压下量越大时，轧制力、接触应力、摩擦应力和薄带塑性应变也随之变大。当摩擦系数越大时，导致轧辊与薄带间的摩擦力越大，造成了轧制力、接触应力、摩擦应力的增加，却抑制了薄带的塑性变形能力。 超声振动辅助304不锈钢精密薄带轧制试验研究发现，与冷轧相比超声轧后薄带的表面质量得到了一定程度的提高。利用形状测量激光显微系统提取超声轧和冷轧后薄带表面的轧向线粗糙度（Ra）、幅度参数（Sq和Sa）和混合参数（Sdp和Sdr）。发现超声轧后薄带表面的轧向线粗糙度、幅度参数和混合参数均下降，表面质量得到了明显的提升。当压下率为9%，施加时21μm的振幅时，Sq和Sa下降幅值最大，分别下降了39.8%、38.3%；当压下率为15%时，Ra、Sdp和Sdr下降幅值最大，分别下降了44.3%、44.8%、68.2%。当压下率为9%，探究振幅对薄带表面质量的影响。结果发现，当施加21μm的振幅时，轧向线粗糙度、幅度参数和混合参数最小，分别为0.275μm、0.395μm和0.309μm、0.163和0.01295，相较于冷轧薄带，三者分别下降了42.9%、39.8%和38.3%、28.2%和48.2%。
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