金刚石纳米印压成孔力学行为及工艺实验研究

发布时间：2020-09-27 18:46

　　 金刚石纳米印压成孔是利用金刚石锥形压头及其刀尖钝圆对载有玻璃基底的金属薄片压透成孔的超微孔成形新方法,纳米并不是指微孔所能达到的尺度,而是其进给量和钝圆微尺度为纳米级。研究金刚石纳米印压成孔中材料的力学行为和相关工艺,对于准确成孔和提高微孔质量具有重要意义。本文将结合理论分析、数值模拟和实验检测,对印压成孔过程中铜片的弹塑性变形和断裂行为及成形工艺进行研究。首先,建立锥形压头以竖直载荷作用半空间体的数学模型,根据弹塑性力学得到材料应力和位移的求解方法。建立连续损伤模型并对基底作用下的铜片进行接触损伤分析,得出塑性区、锥形裂纹、径向裂纹产生的临界载荷判据。基于对金刚石纳米印压成孔初步实验中声发射信号的分析,裂纹属于Ⅰ(拉伸)型和Ⅱ(剪切)型断裂,对裂纹尖端应力状态进行分析,得出驱动Ⅰ型裂纹开裂的最大主应力和驱动Ⅱ型裂纹开裂的最大切应力。根据Griffith能量理论得到铜片失稳成孔的断裂判据。为保证铜片成孔且基底不被破坏,对金刚石锥形压头压入基底进行建模分析,推导基底弹性变形量的表达式。然后,利用DEFORM-3D进行数值模拟,分析印压过程中铜片材料的塑性流动、应力分布变化、三向位移规律及拉压状态,揭示铜片塑性变形特点和单侧超微孔的成孔机理。分析基底位移量和应力状态,基底弹性变形量在理论范围内。通过Microstructure模块对铜片进行微结构演变分析,总结印压过程中铜片的晶粒度变化规律,并通过金相分析实验进行验证。最后,进行金刚石纳米印压成孔实验获得一套最佳工艺参数;总结材料成形规律;对样件断裂形式和表面形貌进行检测分析,验证理论研究和数值模拟的必要性和正确性,为形成自主产权的金刚石纳米印压单侧超微孔成形技术奠定基础。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：

超声波测漏仪整个标定组件和带超微孔的标定样件虽然在国外通过飞秒激光[2]

微孔加工方法示意图

机械冲压加工的微细孔上下表面

【参考文献】

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本文编号：2828231