【摘要】：隨著微型零件在電子、通訊和微機電系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用愈來愈廣泛,微型零件的成形制造工藝受到廣泛關(guān)注。微塑性成形技術(shù)由于具有高精度、高生產(chǎn)效率、低成本和凈成形等優(yōu)點,已成為微型零件制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。非晶合金以其獨特的非晶態(tài)結(jié)構(gòu),可避免在微成形過程中產(chǎn)生晶粒尺寸效應(yīng),且在過冷液相區(qū)具備優(yōu)良的塑性成形能力,因此在微塑性成形領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在目前的非晶合金微塑性成形工藝中,仍存在非晶合金材料微充填性能差和接觸摩擦力大等問題,直接影響非晶合金的微成形質(zhì)量。為了改善非晶合金的微成形性能,本文在非晶合金成形過程中引入超聲振動,以Zr_(35)Ti_(10)Cu_(26.75)Be_(8.25)塊體非晶合金為研究對象,對非晶合金的超聲輔助單軸壓縮和微擠壓過程進行成形試驗,研究過冷液相區(qū)非晶合金的單軸壓縮塑性變形特性和模具擠壓成形時的微塑性成形特性,并采用ABAQUS有限元軟件對成形過程進行數(shù)值模擬,分析超聲振動對非晶合金擠壓成形過程的作用機理。研究內(nèi)容如下:1.采用銅模吸鑄法制備直徑為3mm的Zr_(35)Ti_(10)Cu_(26.75)Be_(8.25)非晶合金棒料,測定其過冷液相區(qū)的溫度范圍為308-456℃。采用模具整體取放原則,設(shè)計微擠壓成形模具。并采用課題組自行研制的超聲振動平臺搭建了超聲振動系統(tǒng)。檢測結(jié)果表明超聲振動系統(tǒng)的整體諧振頻率為19969.3Hz,能夠?qū)崿F(xiàn)超聲振動穩(wěn)定加載,滿足試驗設(shè)計要求。2.對非晶合金試樣進行不同超聲功率輸出、過冷態(tài)溫度和擠壓速度條件下的超聲輔助單軸壓縮成形試驗,得到相應(yīng)的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變曲線、非晶合金單軸壓縮的最大應(yīng)力、最終成形面積和成形高度。試驗結(jié)果表明:(1)隨著過冷態(tài)溫度升高和擠壓速度降低,單軸壓縮過程中非晶合金的流動應(yīng)力和成形高度逐漸減小,擠壓成形面積逐漸增加。當(dāng)超聲功率輸出為40%、成形溫度380℃、擠壓速度為0.12mm/min時,非晶合金的流動應(yīng)力降低了32.8%,成形件面積增加了55.6%,成形高度減小了50.0%。(2)成形溫度380℃、擠壓速度為0.24mm/min條件下,當(dāng)超聲功率輸出從零依次增加到60%時,最大流動應(yīng)力減小了57.8%,擠壓面積增大了266.1%,這表明隨著工具超聲振幅的增加,非晶合金的塑性成形能力得到了改善;采用ABAQUS對不同超聲振幅下的單軸壓縮過程及拉伸過程進行數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)與常規(guī)壓縮過程相比,超聲振動能夠加快非晶合金在成形過程的流變速率,增加自由體積濃度,降低粘度,從而使非晶合金的塑性變形更加容易。3.對非晶合金試樣進行不同超聲功率輸出、過冷態(tài)溫度和擠壓速度的變截面超聲輔助微擠壓成形試驗,得到相應(yīng)的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變曲線和非晶合金試樣的微擠壓成形長度,并計算出相應(yīng)的等效填充長度。試驗結(jié)果表明:(1)成形溫度380℃、擠壓速度為0.24mm/min條件下,當(dāng)超聲功率輸出從0增加到60%時,最大應(yīng)力減小了60.17%,試樣等效填充長度增加了810.9%。這表明工具超聲振幅越大,超聲軟化作用越明顯,非晶合金的微成形能力增強越顯著。同時采用ABAQUS對不同超聲振幅條件下的微擠壓成形過程進行仿真分析,發(fā)現(xiàn)施加輔助超聲振動還能降低成形過程等效摩擦系數(shù)。(2)隨著微擠壓成形溫度升高和擠壓速度降低,非晶合金的成形流動應(yīng)力逐漸減小,試樣等效填充長度隨之增加。當(dāng)超聲輸出功率40%,成形溫度380℃、擠壓速度為0.12mm/min時,非晶合金的擠壓流動應(yīng)力降低了31.88%,試樣等效填充長度增加了264.2%。(3)研究還表明升高成形溫度和加載超聲振動均能夠增強非晶合金的微擠壓成形能力,但加載超聲振動可獲得相對更好的改善效果。(4)利用ABAQUS對非晶合金微擠壓過程進行工藝參數(shù)優(yōu)化仿真分析,結(jié)果表明,當(dāng)超聲振動頻率為60kHz,接觸面摩擦系數(shù)在0~0.1之間,過冷態(tài)成形溫度為380℃,擠壓速度0.12mm/min,超聲振幅為24μm時,可獲得更好的超聲軟化效果及非晶合金微擠壓成形質(zhì)量。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG139.8;TG663;TG376
【圖文】：

1.2 微塑性成形的研究進展代微機電系統(tǒng)、通訊、電子等產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，微型零件造技術(shù)因此受到廣泛關(guān)注。其中比較典型的有超精細機械、LIGA 等技術(shù)。但由于這些加工方法自身的局限性，加低、成本高、環(huán)境污染嚴重等缺陷，使其在微細加工領(lǐng)域相比之下，自 20 世紀 90 年代后，利用材料的塑性成形能性成形技術(shù)(Micro-forming)，因其制造工藝優(yōu)點突出更受成形已成為微細零件量產(chǎn)的理想方法之一，其主要工藝擠壓等。

利于保證微成形后試樣的高精度。以非晶合金為研究對象，進行，對于制備出高精度、低表面粗糙度的精細零部件具有重要指導(dǎo)1.3 非晶合金的發(fā)展概況晶合金，是一類原子結(jié)構(gòu)排列長程無序而短程有序的復(fù)合金屬材為金屬玻璃[3]。非晶合金根據(jù)不同的原子組成和配比有不同的類傳統(tǒng)的晶態(tài)材料相比，常溫下的非晶合金具有很高的強度、硬度優(yōu)良的軟磁性，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于國防航天、精密機械制造、多個領(lǐng)域。當(dāng)溫度從室溫持續(xù)升高時，非晶合金將會先發(fā)生玻璃化溫度后將會晶化反應(yīng)，材料性能將會發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變且過程不被稱為過冷液相區(qū)(Supercooled Liquid Region)。處于過冷液相區(qū)有粘度較低的特點，其粘度值在 105Pa.s 附近，可以近似認是牛性成形性能良好。

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10 劉玉杰;;喬s

本文編號：2735162