【摘要】：微機(jī)電系統(tǒng)的快速發(fā)展,使得社會(huì)對(duì)微型金屬零件的需求越來越大,傳統(tǒng)的微制造技術(shù)已不能滿足微型金屬零件快速增長(zhǎng)的需求量,而且微型模具高昂的設(shè)計(jì)制造成本和巨大的制造工藝難度也嚴(yán)重制約著傳統(tǒng)微制造技術(shù)在微型金屬零件制造領(lǐng)域的生產(chǎn)效率。無模激光沖擊微成形因具有加工效率高、成本低、柔性好等優(yōu)勢(shì),在微金屬件制造領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。但是無模激光沖擊微成形技術(shù)還處于起步階段,在工藝方案、精度控制、理論分析等方面還有著巨大的研究空間。本文就微金屬件無模激光沖擊成形進(jìn)行了工藝實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真研究,以探究無模激光沖擊微成形金屬箔材的工藝規(guī)律和精度控制為目的。主要研究工作和結(jié)論如下:(1)結(jié)合等離子體形成過程和誘導(dǎo)應(yīng)力波基本方程,分析激光沖擊誘導(dǎo)應(yīng)力波的形成原理;比較激光誘導(dǎo)沖擊波峰值壓強(qiáng)估算模型,分析了Fabbro公式優(yōu)勢(shì);分析了塑性變形應(yīng)變率的計(jì)算方法,確定采用拉深模型應(yīng)變率計(jì)算方法對(duì)無模激光沖擊金屬箔材微成形研究。(2)建立無模多點(diǎn)激光沖擊銅箔微成形的ABAQUS有限元仿真模型,模擬無模多點(diǎn)激光沖擊的過程。以20μm厚T2紫銅為對(duì)象,研究激光單脈沖能量、脈寬、激光掃描順序等工藝參數(shù)對(duì)銅箔微形貌的影響。結(jié)果表明:激光無模多點(diǎn)沖擊銅箔拉深成形的凹坑形貌,可以用激光直接作用區(qū)域凹坑深度、凹坑中心深度、凹坑壁傾斜角度、凹坑內(nèi)徑以及凹坑外徑來表征。凹坑深度、凹坑中心深度、凹坑內(nèi)徑和凹坑外徑等隨著激光單脈沖能量和激光脈寬的增大而增加。由于能量的可變范圍大、更易于改變,在激光無模拉深成形中,可用于形貌精確調(diào)控;而脈沖寬度的可變范圍和可變?nèi)嵝孕?可用于形貌的粗調(diào)。凹坑壁傾斜角度隨著激光單脈沖能量和激光脈沖寬度增大而減小,即凹坑壁越來越向垂直方向靠攏。只改變激光掃描順序,凹坑深度與凹坑壁傾斜角度不變,而隨首次掃描路徑離凹坑中心越遠(yuǎn),凹坑內(nèi)徑和外徑增大,可用于凹坑橫向尺寸的調(diào)控。(3)實(shí)驗(yàn)研究了納秒激光無模多點(diǎn)沖擊銅箔微成形。以透明膠帶作為約束層,激光脈沖寬度5ns,采用同心圓激光掃描路徑,同心圓直徑為0.4mm、0.45mm和0.5mm。研究了激光單脈沖能量、光斑搭接率和不同激光掃描路徑順序情況下,T2紫銅箔的動(dòng)態(tài)微拉深漸進(jìn)成形的變化規(guī)律。結(jié)果表明:在約束層沒有破損的情況下,凹坑深度、凹坑底平面直徑和凹坑壁傾斜程度隨著單脈沖能量和光斑搭接率增加線性增大;激光掃描內(nèi)外圓周順序?qū)Π伎由疃葲]有影響,但會(huì)對(duì)凹坑底平面直徑有影響,先掃描外圓周時(shí)會(huì)形成更大的凹坑底平面直徑。實(shí)驗(yàn)研究表明無需模具情況下,凹坑形貌是可控的,這一結(jié)果對(duì)激光無模微拉深漸進(jìn)成形的進(jìn)一步研究具有指導(dǎo)價(jià)值。
【圖文】：

微金屬件激光沖擊無模具成形的工藝和理論研究產(chǎn)的巨大研究空間，不過為保證微型零部件的精度，激光沖擊成形技術(shù)制方面還不夠成熟，需要研究人員更深入的研究和發(fā)展。 激光沖擊成形激光沖擊成形技術(shù)（Laser Shock Forming 簡(jiǎn)稱 LSF）原理如圖 1.1 所示光束照射在受到吸收層和約束層影響下金屬材料表面，激光與金屬材料料相互作用，誘發(fā)等離子體膨脹，爆炸，產(chǎn)生高強(qiáng)應(yīng)力波作用在金屬靶并傳播到金屬靶材內(nèi)部產(chǎn)生作用，使得金屬材料發(fā)生塑性變形的技術(shù)[5

微金屬件激光沖擊無模具成形的工藝和理論研究實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)金屬板材塑性變形，并分析形的概念，因?yàn)樵摷夹g(shù)既繼承了激光沖擊強(qiáng)化的以文中又提出該技術(shù)對(duì)飛機(jī)的機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)葉的塑性成形非常適用，，拓寬了激光沖擊成形的
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN249;TG665

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2702814