纯铝微通道阵列超声振动辅助微模压成形工艺研究

发布时间：2020-09-16 20:55

　　随着技术的发展,一些物理场辅助微成形工艺得到了迅速的发展,包括电磁辅助微成形、电流辅助微成形、超声波辅助微成形等。目前已有研究表明超声波振动辅助微成形通过其体积效应及表面效应会降低材料成形载荷,从而提高材料的塑性变形能力。但是相比于超声波辅助聚合物材料微模压工艺方面的研究已经比较成熟,而对于超声波辅助金属材料微模压成形工艺的研究还比较少。本文采用由线切割工艺制备的纯铝材料小圆柱,并利用不同热处理工艺得到不同晶粒尺寸的纯铝材料,研究了纯铝材料微压缩实验的尺寸效应,以及超声波振动和振动功率对微压缩实验真实应力应变曲线的影响规律。使用abaqus软件对微模压实验进行模拟,分析实验过程和各工艺参数影响规律。对纯铝材料超声波辅助微模压实验和超声波辅助微通道阵列实验,研究各工艺参数对微模压实验和微通道阵列实验的影响规律,及超声波振动对材料充填行为的作用机制。纯铝微压缩实验过程中,不同热处理温度下,材料的流动应力随着试样尺寸的减小而降低,表现出了明显的尺寸效应;对不同试样尺寸和晶粒尺寸的试样施加超声波振动后,材料的真实应力应变曲线降低,即超声波振动对材料产生了软化作用;材料真实应力应变曲线的降低幅度随着超声波功率的增加而增大。进行纯铝材料微模压实验及微通道阵列实验数值模拟,研究槽宽、摩擦系数、压下量及超声振动对充填高度的影响规律,结果表明,槽宽度及压下量对材料充填高度影响最明显,充填高度随着槽宽及压下量的增加呈线性增加,此外,随着摩擦系数的降低,材料的充填高度会升高,无摩擦时,成形筋前端较平直,有摩擦时,由于材料受到凹槽侧壁摩擦力的作用,成形筋前端会出现圆弧状。对超声波辅助微模压实验进行模拟,结果表明,施加超声后,成形件各个区域的米塞斯应力和最大真应变都降低。研究了压下量、槽宽等工艺参数和超声波振动对纯铝材料微模压过程的影响规律,结果表明,随着压下量的增加,材料的充填高度也呈线性增加;随着凹槽宽度的增加,材料的充填高度先增加后降低,材料的相对充填高度变化不大;当槽宽为0.3mm时,材料充填高度随着晶粒尺寸的增加而增大;当槽宽为0.1mm时,材料充填高度先增加后减小,这是由于槽宽度方向只有几个晶粒时,材料充填会变得比较困难。超声波辅助微模压实验表明,超声波振动会提高材料的充填效果。进行纯铝微通道阵列成形实验,研究工艺参数及超声波振动对成形过程的影响规律。研究表明,随着压下量的增加,材料的充填高度呈线性增加;随着凹槽宽度的增加,材料的充填高度先增加后降低,这是由于当凹槽宽度增加到与晶粒尺寸之比近似为1时,材料的充填能力降低;因此,随着晶粒尺寸的增加,材料的充填高度也是先增大后减小,随着模具占空比的增加,材料的充填高度降低。超声波辅助微通道阵列实验表明,超声波振动会提高材料的充填效果,即提高材料充填高度、使阵列件各区域高度更均匀、成形筋形状更贴合模具形状。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG306
【部分图文】：

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图 1-1 微型平板热管图 1-2 燃料电池装配图[4]由于塑性微成形的尺寸依赖性，当零件尺寸减小时，材料成形过程会出现充填性能、摩擦以及流动应力会随着材料的尺寸变化的现象。与传统的宏观塑性变形十分不同。当微结构尺寸十分小时，成形件的成形质量已经不能得到保证。随着技术的发展，一些物理场辅助微成形工艺得到了迅速的发展，包括电磁辅助微成形、电流辅助微成形、超声波辅助微成形等。目前已有研究表明超声波振动辅助微成形通过其体积效应及表面效应会降低材料成形载荷，从而提高材料的塑性变形能力。但是相比于超声波辅助聚合物材料微模压工艺方面的研究已经比较成熟，而对于超声波辅助金属材料微模压成形工艺的研究还比较少，本文拟进行超声波对材料力学性能的研究，探究超声波振动对纯铝材料的软化作用机理，同时进行超声波辅助纯铝微模压成形及微模压阵列成形，并使用 Abaqus 软件进行模拟，探究超声波振动参数对模压工艺的影响规律。1.2 金属微成形工艺国内外研究现状塑性微成形主要分为体积微成形和板材微成形两种，板材微成形包括板材微

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【参考文献】