本文關(guān)鍵詞： 激光沖擊微成形 無模成形 掩模 工藝參數(shù) 數(shù)值模擬　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：如今,隨著產(chǎn)品微型化和精密化的迅猛發(fā)展,微器件在人們生活、工作等領(lǐng)域被廣泛的關(guān)注和使用,隨之而來的是出現(xiàn)了許多制造微零件的新型的微成形工藝,如激光沖擊微成形工藝。本文在激光沖擊動態(tài)加載作用下的微成形工藝基礎(chǔ)上,提出了激光沖擊掩模微成形的新工藝。該工藝是利用掩模來改變脈沖光斑形狀,代替?zhèn)鹘y(tǒng)凸模,軟模代替?zhèn)鹘y(tǒng)凹模,在脈沖激光作用下的一種新型無模成形工藝。本文對激光沖擊掩模微成形的實驗平臺進行搭建,對提出的新型掩模微成形工藝進行系統(tǒng)性的研究,本文主要的研究內(nèi)容與成果如下:首先,對激光誘導(dǎo)沖擊波形成的機理及力學(xué)模型進行闡述,并對激光功率密度和誘導(dǎo)沖擊波峰值壓力的計算方法進行推導(dǎo);研究了激光高速加載條件下材料的應(yīng)變率及塑性變形的屈服條件;分析探討了Hall-Petch微塑性流動應(yīng)力模型,為后續(xù)相關(guān)實驗及模擬研究提供理論依據(jù)。然后,利用微細電火花加工技術(shù)制造矩形掩模,復(fù)雜掩模(U形馬鞍狀和十字形)和矩形陣列掩模四種規(guī)格掩模。使用KEYENCE VHX-1000C、Axio CSM700等檢測設(shè)備對沖擊后約束層以及成形試樣的3D形貌進行觀測,研究了不同工藝參數(shù)(脈沖能量、沖擊次數(shù))對成形效果的影響,分析了成形試樣的表面粗化行為以及對成形件的減薄率進行了測量。矩形掩模實驗結(jié)果表明:利用PMMA作為約束層不僅透光率好,而且抗沖擊能力強。利用該成形工藝可以得到輪廓清晰,表面完整,形狀類似矩形的試樣,成形部分由直接成形區(qū)域和間接成形區(qū)域組成。單次脈沖下,試樣的位移隨著激光能量的增加而增加,在小能量下,沖擊次數(shù)越多,成形深度越大。但是,在高能量下,沖擊次數(shù)的增加,成形深度基本保持不變。另外,晶粒尺寸不同,成形效果也不同,相同能量下,粗晶件的成形深度和表面粗糙度都大于細晶件,而粗、細晶件的成形深度和表面粗糙度都隨著激光能量的增加而增加;利用該新型微成形工藝可以得到減薄比較均勻的成形件,沒有產(chǎn)生局部的頸縮破裂現(xiàn)象。對復(fù)雜掩模與陣列掩模進行實驗,實驗結(jié)果表明:工件可以很好的成形出掩模所示的形狀,U形形貌清晰可見,由于光斑沒有對中,導(dǎo)致十字只顯示部分,也從側(cè)面說明掩模在成形過程中起到很好作用。對于矩形陣列掩模,實驗結(jié)果表明:銅箔表面清晰成形出矩形陣列,且相互特征之間沒有影響,表明激光沖擊掩模微成形工藝是一種有效的成形方式。實驗后,對成形試樣進行了納米硬度的測試與分析,發(fā)現(xiàn)相比較于基材,受到?jīng)_擊后的區(qū)域其納米硬度及彈性模量均得到不同程度的提高。最后,基于DYNA-ANSYSY/LS有限元軟件對激光沖擊掩模微成形進行了數(shù)值模擬,模擬分析了高應(yīng)變率下的成形過程,結(jié)果表明:高應(yīng)變率下的成形過程分為三個階段:共同成形階段;工件與軟模分離階段;工件與軟模重合階段。模擬研究了不同能量對位移場的影響并得到與實驗趨勢一致的結(jié)論,并且分析了兩種硬度下工件的位移場分布與壓力的傳播情況,模擬結(jié)果顯示位移場的分布很好的對應(yīng)了壓力的傳播速度。掩模作用下的激光沖擊微成形工藝是一種新型的微成形工藝,本文的研究為無模條件下制造高性能的復(fù)雜零件開創(chuàng)了新的途徑并提供理論和實驗指導(dǎo)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG665

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本文編號：1469534