QA17铜合金微型平面弹簧冷挤压成形工艺及性能研究

发布时间：2017-07-26 02:15

  本文关键词：QA17铜合金微型平面弹簧冷挤压成形工艺及性能研究

  更多相关文章： QA17铝青铜 微成形 尺寸效应 微型平面弹簧 微观组织 力学性能

【摘要】：随着MEMS技术被广泛应用于各行各业,其市场规模正在迅速扩大。微型机械电子系统是各种微型零件的组合体,因此MEMS技术发展的关键是微型零件制备技术。微型平面弹簧作为其中重要的力学结构,和传统弹簧一样起到提供弹性力和传递能量的作用。本文提出以商用高强度QAl7铜合金为实验材料,研究不同热处理态QAl7铜合金室温下的力学性能,工艺参数对微型平面弹簧冷挤压成形过程、微观组织变化及力学性能的影响。本文主要结论如下：QAl7铜合金的压缩屈服强度存在晶粒尺寸效应和特征尺寸效应。拉伸屈服强度在样品厚度为0.25-0.5mm范围内表现出明显的尺寸效应。成功制备出长度8mm、宽度2mm、线宽0.5mm的QAl7铜合金弹簧柱,经加工处理后可以获得厚度为0.5mm的微型平面弹簧。在微弹簧成形过程中,润滑条件对微弹簧有着极大的影响,润滑条件越好,越有利于降低成形载荷,令弹簧柱形状完美,表面较光滑。前期热处理工艺和挤压速度对微弹簧挤压成形质量影响很小。微型弹簧边缘区域的晶粒变形程度明显大于中心区域。靠近悬臂梁部分,有明显的流线分布。微型弹簧的硬度、弹性刚度、疲劳寿命既受到工艺参数引起的强度变化的影响,也受到应力集中裂纹的影响。QAl7铜合金微型平面弹簧循环使用寿命最高达到19260次,明显高于LIGA技术制备的镍基微型平面弹簧的使用寿命。
【关键词】：QA17铝青铜 微成形 尺寸效应 微型平面弹簧 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 MEMS技术概述10-12
• 1.2 微型弹簧技术国内外发展现状12-15
• 1.2.1 微型平面弹簧简介12-13
• 1.2.2 微弹簧理论研究现状13-14
• 1.2.3 微型平面弹簧加工方法14-15
• 1.3 铝青铜基本特性与在微弹簧设计中的优势15-17
• 1.3.1 铜合金的简介16
• 1.3.2 铝青铜的优势16-17
• 1.4 微塑性成形技术研究概况17-19
• 1.5 课题研究目的、意义和研究内容19-22
• 1.5.1 研究目的与意义19-20
• 1.5.2 研究内容20-22
• 2 实验材料与方法22-32
• 2.1 实验材料22-23
• 2.2 实验仪器23
• 2.3 坯料室温力学性能测试23-26
• 2.3.1 压缩镦粗实验23-24
• 2.3.2 Voronoi算法模拟二维微观结构24-25
• 2.3.3 单向拉伸实验25-26
• 2.4 微型平面弹簧挤压成形实验26-27
• 2.4.1 成形模具设计26-27
• 2.4.2 微挤压实验方案27
• 2.5 表面粗糙度和表面裂纹检测27-28
• 2.5.1 表面粗糙度测试27-28
• 2.5.2 表面裂纹测试28
• 2.6 微观组织观察28-29
• 2.7 微弹簧力学性能测试29-32
• 2.7.1 硬度测试29
• 2.7.2 疲劳性能测试29-32
• 3 QAl7铝青铜室温力学性能研究32-45
• 3.1 前期热处理对QAl7铝青铜微观组织影响32
• 3.2 前期热处理对QAl7铝青铜的压缩性能影响32-39
• 3.2.1 不同前期热处理下QAl7合金压缩实验结果32-35
• 3.2.2 QAl7铜合金压缩屈服强度的尺寸效应35-37
• 3.2.3 不同前期热处理下QAl7合金尺寸效应模型37-39
• 3.3 前期热处理对QAl7铝青铜的拉伸性能影响39-44
• 3.3.1 不同前期热处理QAl7合金拉伸实验结果39-42
• 3.3.2 不同前期热处理QAl7合金拉伸断口分析42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 QAl7铝青铜微型平面弹簧挤压成形性能45-59
• 4.1 QAl7铝青铜微型平面弹簧挤压过程45-46
• 4.2 各工艺参数对微型平面弹簧挤压载荷的影响46-50
• 4.2.1 润滑条件对微型平面弹簧成形载荷的影响46-47
• 4.2.2 前期热处理对微型平面弹簧成形载荷的影响47-48
• 4.2.3 挤压速度对微型平面弹簧成形载荷的影响48-50
• 4.3 微型平面弹簧的成形质量分析50-57
• 4.3.1 润滑条件对成形质量的影响52-54
• 4.3.2 前期热处理对成形质量的影响54-56
• 4.3.3 挤压速度对成形质量的影响56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 5 QAl7铝青铜微型平面弹簧微观组织与力学性能59-74
• 5.1 微观组织分析59-63
• 5.1.1 整体组织分布分析59-61
• 5.1.2 润滑条件对QAl7铜合金微型平面弹簧微观组织的影响61
• 5.1.3 前期热处理对QAl7铜合金微型平面弹簧微观组织影响61-62
• 5.1.4 挤压速度对QAl7铜合金微型平面弹簧微观组织的影响62-63
• 5.2 硬度分析63-68
• 5.2.1 前期热处理后QAl7铜合金硬度分析63-64
• 5.2.2 QAl7铜合金微型平面弹簧整体显微硬度规律64-66
• 5.2.3 润滑条件对QAl7铜合金微型平面弹簧显微硬度的影响66-67
• 5.2.4 前期热处理对QAl7铜合金微型平面弹簧显微硬度的影响67-68
• 5.2.5 挤压速度对QAl7铜合金微型平面弹簧显微硬度的影响68
• 5.3 QAl7铝青铜微型平面弹簧的弹性刚度分析68-70
• 5.4 QAl7铝青铜微型平面弹簧疲劳性能分析70-73
• 5.4.1 QAl7铝青铜微型平面弹簧疲劳寿命测试结果70-71
• 5.4.2 取样位置对QAl7铝青铜微型平面弹簧疲劳寿命的影响71
• 5.4.3 润滑条件对QAl7铝青铜微型平面弹簧疲劳寿命的影响71-72
• 5.4.4 前期热处理对QAl7铝青铜微型平面弹簧疲劳寿命的影响72
• 5.4.5 挤压速度对QAl7铝青铜微型平面弹簧疲劳寿命的影响72
• 5.4.6 挤压成形QAl7微型平面弹簧与其他方法制备弹簧的疲劳寿命对比72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 6 结论74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-83
• 附录83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 何光;石庚辰;;基于MEMS技术的平面W型微弹簧刚度特性研究[J];北京理工大学学报;2006年06期

2 何光;石庚辰;;平面S型与平面W型MEMS弹簧性能比较研究[J];传感技术学报;2008年02期

3 ;MEMS市场展示美好[J];电子产品世界;2013年11期

4 孙杰;;MEMS技术的发展及其在航天领域的应用研究[J];航天标准化;2010年03期

5 邵伟平;张继桃;郝永平;渠元菊;王威;谷双喜;;基于MEMS镍平面微弹簧尺寸误差分析[J];机械设计;2012年08期

6 王佩红;赵小林;戴旭涵;汪忠柱;;MEMS永磁振动发电机的设计、制作和测试[J];信息与电子工程;2011年01期

7 李华;石庚辰;何光;;MEMS加工误差对微弹簧力学特性的影响分析[J];压电与声光;2009年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 施长治;多晶硅纳米薄膜在压阻传感器应用中的关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

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本文编号：574319