微金属件激光冲击无模具成形工艺和理论研究

发布时间：2020-06-08 08:36

【摘要】：微机电系统的快速发展,使得社会对微型金属零件的需求越来越大,传统的微制造技术已不能满足微型金属零件快速增长的需求量,而且微型模具高昂的设计制造成本和巨大的制造工艺难度也严重制约着传统微制造技术在微型金属零件制造领域的生产效率。无模激光冲击微成形因具有加工效率高、成本低、柔性好等优势,在微金属件制造领域引起广泛关注。但是无模激光冲击微成形技术还处于起步阶段,在工艺方案、精度控制、理论分析等方面还有着巨大的研究空间。本文就微金属件无模激光冲击成形进行了工艺实验和数值仿真研究,以探究无模激光冲击微成形金属箔材的工艺规律和精度控制为目的。主要研究工作和结论如下:(1)结合等离子体形成过程和诱导应力波基本方程,分析激光冲击诱导应力波的形成原理;比较激光诱导冲击波峰值压强估算模型,分析了Fabbro公式优势;分析了塑性变形应变率的计算方法,确定采用拉深模型应变率计算方法对无模激光冲击金属箔材微成形研究。(2)建立无模多点激光冲击铜箔微成形的ABAQUS有限元仿真模型,模拟无模多点激光冲击的过程。以20μm厚T2紫铜为对象,研究激光单脉冲能量、脉宽、激光扫描顺序等工艺参数对铜箔微形貌的影响。结果表明:激光无模多点冲击铜箔拉深成形的凹坑形貌,可以用激光直接作用区域凹坑深度、凹坑中心深度、凹坑壁倾斜角度、凹坑内径以及凹坑外径来表征。凹坑深度、凹坑中心深度、凹坑内径和凹坑外径等随着激光单脉冲能量和激光脉宽的增大而增加。由于能量的可变范围大、更易于改变,在激光无模拉深成形中,可用于形貌精确调控;而脉冲宽度的可变范围和可变柔性小,可用于形貌的粗调。凹坑壁倾斜角度随着激光单脉冲能量和激光脉冲宽度增大而减小,即凹坑壁越来越向垂直方向靠拢。只改变激光扫描顺序,凹坑深度与凹坑壁倾斜角度不变,而随首次扫描路径离凹坑中心越远,凹坑内径和外径增大,可用于凹坑横向尺寸的调控。(3)实验研究了纳秒激光无模多点冲击铜箔微成形。以透明胶带作为约束层,激光脉冲宽度5ns,采用同心圆激光扫描路径,同心圆直径为0.4mm、0.45mm和0.5mm。研究了激光单脉冲能量、光斑搭接率和不同激光扫描路径顺序情况下,T2紫铜箔的动态微拉深渐进成形的变化规律。结果表明:在约束层没有破损的情况下,凹坑深度、凹坑底平面直径和凹坑壁倾斜程度随着单脉冲能量和光斑搭接率增加线性增大;激光扫描内外圆周顺序对凹坑深度没有影响,但会对凹坑底平面直径有影响,先扫描外圆周时会形成更大的凹坑底平面直径。实验研究表明无需模具情况下,凹坑形貌是可控的,这一结果对激光无模微拉深渐进成形的进一步研究具有指导价值。
【图文】：

微金属件激光冲击无模具成形的工艺和理论研究产的巨大研究空间，不过为保证微型零部件的精度，激光冲击成形技术制方面还不够成熟，需要研究人员更深入的研究和发展。 激光冲击成形激光冲击成形技术（Laser Shock Forming 简称 LSF）原理如图 1.1 所示光束照射在受到吸收层和约束层影响下金属材料表面，激光与金属材料料相互作用，诱发等离子体膨胀，爆炸，产生高强应力波作用在金属靶并传播到金属靶材内部产生作用，使得金属材料发生塑性变形的技术[5

微金属件激光冲击无模具成形的工艺和理论研究实验设备，可以实现金属板材塑性变形，并分析形的概念，因为该技术既继承了激光冲击强化的以文中又提出该技术对飞机的机翼、发动机叶的塑性成形非常适用，，拓宽了激光冲击成形的
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN249;TG665

【参考文献】

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本文编号：2702814