產(chǎn)品在保證性能的前提下追求便攜性和微型化已成為當(dāng)今生產(chǎn)和生活中的共同趨勢,這對微型零件的加工制造水平帶來了挑戰(zhàn)。微成形技術(shù)具有高產(chǎn)、高效、低成本的明顯優(yōu)勢。然而,尺寸效應(yīng)導(dǎo)致了微成形零件質(zhì)量和精度下降,是微成形技術(shù)中難以規(guī)避的瓶頸問題。超聲振動輔助微成形技術(shù)能夠利用體積效應(yīng)和表面效應(yīng),降低材料的變形抗力,改善界面摩擦,提高材料的塑性成形性能,有望解決微成形中的尺寸效應(yīng)問題。超聲振動作用下材料塑性變形機(jī)理尚不明確,超聲振動與尺寸效應(yīng)耦合后材料的變形行為更加復(fù)雜,國內(nèi)外對此鮮有研究。本文在國家自然科學(xué)基金的支持下,采用試驗研究和理論分析相結(jié)合的方式,系統(tǒng)地研究了超聲振動輔助T2紫銅塑性變形行為機(jī)理和超聲振動輔助微沖裁成形工藝,分析了超聲振動與微成形尺寸效應(yīng)耦合作用下材料的塑性變形行為,揭示了超聲振動軟化效應(yīng)機(jī)理,實現(xiàn)了高質(zhì)量微型箔板零件的精密成形。首先,研究了超聲振動參數(shù)對T2紫銅軟化效應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,超聲振動軟化效應(yīng)隨超聲能量密度的增大而增強(qiáng),殘余軟化效應(yīng)隨超聲振動作用時間的增加而增強(qiáng)。采用EBSD方法測試了小角度晶界、KAM值等微觀組織結(jié)構(gòu)分布,發(fā)現(xiàn)超聲振動作用下材料小角度晶界... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：140 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

微成形金屬零件[11]

體積微成形主要包括微擠壓、微模鍛等工藝方法。體積微成形適合微型齒輪、微型螺釘、醫(yī)用支架等零件的高精度大批量生產(chǎn)。對于純銅、純鋁等常溫下塑性較好的面心立方結(jié)構(gòu)金屬,可采用塊體或棒材(絲材)通過擠壓或模鍛的方式得到精度較高的各類常用零件,典型的微體積成形零件如圖1-3所示[12]。張新平等[13]在常溫下通過微擠壓工藝獲得微小平面彈簧,疲勞試驗結(jié)果表明該零件在10N周期性載荷作用下疲勞壽命可達(dá)19260次。傅銘旺等[14]通過微鐓擠成形出最小直徑0.83mm、特征高度0.55mm的零件,如圖1-4所示,分析了晶粒尺寸和載荷等對成形件表面質(zhì)量和尺寸精度的影響。目前,在實驗室條件下可成形出直徑0.5mm、壁厚50μm微型擠壓零件[12],微擠壓工藝在模具制造、工藝參數(shù)優(yōu)化和微擠壓成形機(jī)理等方面被廣泛研究[15-18],并獲得了成熟的發(fā)展和應(yīng)用。圖1-4微鐓擠零件[14]

在微模鍛工藝方面,Paldan等[19]開發(fā)了等溫微模鍛塑性成形裝置,成形出最大和最小直徑分別為4.99mm和1.74mm的醫(yī)用鋁合金支架,如圖1-5所示。Kim等[20]以等通道擠壓制備的超細(xì)晶AZ31鎂合金為毛坯材料,采用熱擠壓工藝成形出節(jié)圓直徑僅為1.44mm的微型齒輪軸,如圖1-6所示。微模鍛零件機(jī)械性能穩(wěn)定,壽命長,是眾多微細(xì)加工工藝中的首選方法。但由于零件特征尺寸微小,工件材料與模具之間的接觸摩擦力大,導(dǎo)致材料的流動填充能力大幅下降。針對這一問題,本課題組[21,22]開發(fā)了浮動式模具成形工藝方法,通過改變成形過程中工件受到的摩擦力大小,成形出了高質(zhì)量微型齒輪、微型雙齒輪零件,如圖1-7所示。諸如此類微體積成形零件在成形質(zhì)量和精度上都得到了長足的發(fā)展,然而受到成形模具加工和裝配精度等的限制,以及傳統(tǒng)金屬材料微觀組織結(jié)構(gòu)方面諸多因素的影響,如金屬材料在介觀尺度范圍內(nèi)單個晶粒尺寸、取向、分布特征等的差異和不確定性,嚴(yán)重制約了微體積成形工藝的進(jìn)一步發(fā)展。由于塊體非晶合金(Bulk Metallic Glass,BMG)具有相對理想的微觀組織結(jié)構(gòu),過冷液相區(qū)內(nèi)成形性能良好,近些年被研究人員應(yīng)用于微體積成形領(lǐng)域。Li和Shi等[23,24]采用擠壓和模壓方法制備出非晶合金微型齒輪件和壁厚50μm的杯形件。Saotome等[18]通過微體積成形裝置成形出微型非晶合金齒輪。本課題組[25]構(gòu)建了描述Zr基非晶合金過冷液相區(qū)變形本構(gòu)關(guān)系,分析了變形對塊體非晶合金晶化行為的影響。非晶合金在高溫下具有良好的流動性及填充性能,可以通過熱壓印獲得高精密微結(jié)構(gòu)表面,如圖1-8所示[26]。圖1-6微型齒輪軸[20]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋁合金管縮口-沖孔復(fù)合電磁成形試驗研究[J]. 陳文韜,于海平,趙鵬,王煜.  鍛壓技術(shù). 2018(03)
[2]高頻/超聲振動輔助微成形技術(shù)研究進(jìn)展與展望[J]. 王春舉,郭斌,單德彬,張曼曼.  精密成形工程. 2015(03)
[3]壓延銅箔制備技術(shù)分析[J]. 金榮濤,趙莉.  上海有色金屬. 2014(02)
[4]振動裁切的機(jī)理與應(yīng)用研究[J]. 武吉梅,侯玉鵬,馬利娥.  振動與沖擊. 2012(03)
[5]沖裁速度對沖壓件斷面質(zhì)量的影響[J]. 趙中華,張猛,韋習(xí)成.  塑性工程學(xué)報. 2010(04)
[6]金屬薄板微成形技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 單德彬,郭斌,周健.  塑性工程學(xué)報. 2007(03)
[7]Key Problems in Microforming Processes of Microparts[J]. Chunju WANG, Debin SHAN, Bin GUO, Jian ZHOU and Lining SUN School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China Robot Research Institute, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China.  Journal of Materials Science & Technology. 2007(02)
[8]超聲波振動下脆性材料單軸拉伸試驗裝置的設(shè)計[J]. 秦軍,劉傳紹,趙波,王應(yīng)彪.  機(jī)械制造. 2007(02)
[9]面向微細(xì)制造的微成形技術(shù)[J]. 張凱鋒,雷鹍.  中國機(jī)械工程. 2004(12)

博士論文
[1]超聲振動拉絲相關(guān)理論及其實驗研究[D]. 齊海群.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009



本文編號：3042766