超声振动辅助紫铜箔塑性变形机理与微冲裁工艺研究
发布时间：2021-02-20 12:25
产品在保证性能的前提下追求便携性和微型化已成为当今生产和生活中的共同趋势,这对微型零件的加工制造水平带来了挑战。微成形技术具有高产、高效、低成本的明显优势。然而,尺寸效应导致了微成形零件质量和精度下降,是微成形技术中难以规避的瓶颈问题。超声振动辅助微成形技术能够利用体积效应和表面效应,降低材料的变形抗力,改善界面摩擦,提高材料的塑性成形性能,有望解决微成形中的尺寸效应问题。超声振动作用下材料塑性变形机理尚不明确,超声振动与尺寸效应耦合后材料的变形行为更加复杂,国内外对此鲜有研究。本文在国家自然科学基金的支持下,采用试验研究和理论分析相结合的方式,系统地研究了超声振动辅助T2紫铜塑性变形行为机理和超声振动辅助微冲裁成形工艺,分析了超声振动与微成形尺寸效应耦合作用下材料的塑性变形行为,揭示了超声振动软化效应机理,实现了高质量微型箔板零件的精密成形。首先,研究了超声振动参数对T2紫铜软化效应的影响规律。结果表明,超声振动软化效应随超声能量密度的增大而增强,残余软化效应随超声振动作用时间的增加而增强。采用EBSD方法测试了小角度晶界、KAM值等微观组织结构分布,发现超声振动作用下材料小角度晶界...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微成形金属零件[11]
体积微成形主要包括微挤压、微模锻等工艺方法。体积微成形适合微型齿轮、微型螺钉、医用支架等零件的高精度大批量生产。对于纯铜、纯铝等常温下塑性较好的面心立方结构金属,可采用块体或棒材(丝材)通过挤压或模锻的方式得到精度较高的各类常用零件,典型的微体积成形零件如图1-3所示[12]。张新平等[13]在常温下通过微挤压工艺获得微小平面弹簧,疲劳试验结果表明该零件在10N周期性载荷作用下疲劳寿命可达19260次。傅铭旺等[14]通过微镦挤成形出最小直径0.83mm、特征高度0.55mm的零件,如图1-4所示,分析了晶粒尺寸和载荷等对成形件表面质量和尺寸精度的影响。目前,在实验室条件下可成形出直径0.5mm、壁厚50μm微型挤压零件[12],微挤压工艺在模具制造、工艺参数优化和微挤压成形机理等方面被广泛研究[15-18],并获得了成熟的发展和应用。图1-4微镦挤零件[14]
在微模锻工艺方面,Paldan等[19]开发了等温微模锻塑性成形装置,成形出最大和最小直径分别为4.99mm和1.74mm的医用铝合金支架,如图1-5所示。Kim等[20]以等通道挤压制备的超细晶AZ31镁合金为毛坯材料,采用热挤压工艺成形出节圆直径仅为1.44mm的微型齿轮轴,如图1-6所示。微模锻零件机械性能稳定,寿命长,是众多微细加工工艺中的首选方法。但由于零件特征尺寸微小,工件材料与模具之间的接触摩擦力大,导致材料的流动填充能力大幅下降。针对这一问题,本课题组[21,22]开发了浮动式模具成形工艺方法,通过改变成形过程中工件受到的摩擦力大小,成形出了高质量微型齿轮、微型双齿轮零件,如图1-7所示。诸如此类微体积成形零件在成形质量和精度上都得到了长足的发展,然而受到成形模具加工和装配精度等的限制,以及传统金属材料微观组织结构方面诸多因素的影响,如金属材料在介观尺度范围内单个晶粒尺寸、取向、分布特征等的差异和不确定性,严重制约了微体积成形工艺的进一步发展。由于块体非晶合金(Bulk Metallic Glass,BMG)具有相对理想的微观组织结构,过冷液相区内成形性能良好,近些年被研究人员应用于微体积成形领域。Li和Shi等[23,24]采用挤压和模压方法制备出非晶合金微型齿轮件和壁厚50μm的杯形件。Saotome等[18]通过微体积成形装置成形出微型非晶合金齿轮。本课题组[25]构建了描述Zr基非晶合金过冷液相区变形本构关系,分析了变形对块体非晶合金晶化行为的影响。非晶合金在高温下具有良好的流动性及填充性能,可以通过热压印获得高精密微结构表面,如图1-8所示[26]。图1-6微型齿轮轴[20]
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金管缩口-冲孔复合电磁成形试验研究[J]. 陈文韬,于海平,赵鹏,王煜. 锻压技术. 2018(03)
[2]高频/超声振动辅助微成形技术研究进展与展望[J]. 王春举,郭斌,单德彬,张曼曼. 精密成形工程. 2015(03)
[3]压延铜箔制备技术分析[J]. 金荣涛,赵莉. 上海有色金属. 2014(02)
[4]振动裁切的机理与应用研究[J]. 武吉梅,侯玉鹏,马利娥. 振动与冲击. 2012(03)
[5]冲裁速度对冲压件断面质量的影响[J]. 赵中华,张猛,韦习成. 塑性工程学报. 2010(04)
[6]金属薄板微成形技术的研究进展[J]. 单德彬,郭斌,周健. 塑性工程学报. 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]超声波振动下脆性材料单轴拉伸试验装置的设计[J]. 秦军,刘传绍,赵波,王应彪. 机械制造. 2007(02)
[9]面向微细制造的微成形技术[J]. 张凯锋,雷鹍. 中国机械工程. 2004(12)
博士论文
[1]超声振动拉丝相关理论及其实验研究[D]. 齐海群.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3042766
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微成形金属零件[11]
体积微成形主要包括微挤压、微模锻等工艺方法。体积微成形适合微型齿轮、微型螺钉、医用支架等零件的高精度大批量生产。对于纯铜、纯铝等常温下塑性较好的面心立方结构金属,可采用块体或棒材(丝材)通过挤压或模锻的方式得到精度较高的各类常用零件,典型的微体积成形零件如图1-3所示[12]。张新平等[13]在常温下通过微挤压工艺获得微小平面弹簧,疲劳试验结果表明该零件在10N周期性载荷作用下疲劳寿命可达19260次。傅铭旺等[14]通过微镦挤成形出最小直径0.83mm、特征高度0.55mm的零件,如图1-4所示,分析了晶粒尺寸和载荷等对成形件表面质量和尺寸精度的影响。目前,在实验室条件下可成形出直径0.5mm、壁厚50μm微型挤压零件[12],微挤压工艺在模具制造、工艺参数优化和微挤压成形机理等方面被广泛研究[15-18],并获得了成熟的发展和应用。图1-4微镦挤零件[14]
在微模锻工艺方面,Paldan等[19]开发了等温微模锻塑性成形装置,成形出最大和最小直径分别为4.99mm和1.74mm的医用铝合金支架,如图1-5所示。Kim等[20]以等通道挤压制备的超细晶AZ31镁合金为毛坯材料,采用热挤压工艺成形出节圆直径仅为1.44mm的微型齿轮轴,如图1-6所示。微模锻零件机械性能稳定,寿命长,是众多微细加工工艺中的首选方法。但由于零件特征尺寸微小,工件材料与模具之间的接触摩擦力大,导致材料的流动填充能力大幅下降。针对这一问题,本课题组[21,22]开发了浮动式模具成形工艺方法,通过改变成形过程中工件受到的摩擦力大小,成形出了高质量微型齿轮、微型双齿轮零件,如图1-7所示。诸如此类微体积成形零件在成形质量和精度上都得到了长足的发展,然而受到成形模具加工和装配精度等的限制,以及传统金属材料微观组织结构方面诸多因素的影响,如金属材料在介观尺度范围内单个晶粒尺寸、取向、分布特征等的差异和不确定性,严重制约了微体积成形工艺的进一步发展。由于块体非晶合金(Bulk Metallic Glass,BMG)具有相对理想的微观组织结构,过冷液相区内成形性能良好,近些年被研究人员应用于微体积成形领域。Li和Shi等[23,24]采用挤压和模压方法制备出非晶合金微型齿轮件和壁厚50μm的杯形件。Saotome等[18]通过微体积成形装置成形出微型非晶合金齿轮。本课题组[25]构建了描述Zr基非晶合金过冷液相区变形本构关系,分析了变形对块体非晶合金晶化行为的影响。非晶合金在高温下具有良好的流动性及填充性能,可以通过热压印获得高精密微结构表面,如图1-8所示[26]。图1-6微型齿轮轴[20]
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金管缩口-冲孔复合电磁成形试验研究[J]. 陈文韬,于海平,赵鹏,王煜. 锻压技术. 2018(03)
[2]高频/超声振动辅助微成形技术研究进展与展望[J]. 王春举,郭斌,单德彬,张曼曼. 精密成形工程. 2015(03)
[3]压延铜箔制备技术分析[J]. 金荣涛,赵莉. 上海有色金属. 2014(02)
[4]振动裁切的机理与应用研究[J]. 武吉梅,侯玉鹏,马利娥. 振动与冲击. 2012(03)
[5]冲裁速度对冲压件断面质量的影响[J]. 赵中华,张猛,韦习成. 塑性工程学报. 2010(04)
[6]金属薄板微成形技术的研究进展[J]. 单德彬,郭斌,周健. 塑性工程学报. 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]超声波振动下脆性材料单轴拉伸试验装置的设计[J]. 秦军,刘传绍,赵波,王应彪. 机械制造. 2007(02)
[9]面向微细制造的微成形技术[J]. 张凯锋,雷鹍. 中国机械工程. 2004(12)
博士论文
[1]超声振动拉丝相关理论及其实验研究[D]. 齐海群.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3042766
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