產(chǎn)品在保證性能的前提下追求便攜性和微型化已成為當今生產(chǎn)和生活中的共同趨勢,這對微型零件的加工制造水平帶來了挑戰(zhàn)。微成形技術具有高產(chǎn)、高效、低成本的明顯優(yōu)勢。然而,尺寸效應導致了微成形零件質量和精度下降,是微成形技術中難以規(guī)避的瓶頸問題。超聲振動輔助微成形技術能夠利用體積效應和表面效應,降低材料的變形抗力,改善界面摩擦,提高材料的塑性成形性能,有望解決微成形中的尺寸效應問題。超聲振動作用下材料塑性變形機理尚不明確,超聲振動與尺寸效應耦合后材料的變形行為更加復雜,國內(nèi)外對此鮮有研究。本文在國家自然科學基金的支持下,采用試驗研究和理論分析相結合的方式,系統(tǒng)地研究了超聲振動輔助T2紫銅塑性變形行為機理和超聲振動輔助微沖裁成形工藝,分析了超聲振動與微成形尺寸效應耦合作用下材料的塑性變形行為,揭示了超聲振動軟化效應機理,實現(xiàn)了高質量微型箔板零件的精密成形。首先,研究了超聲振動參數(shù)對T2紫銅軟化效應的影響規(guī)律。結果表明,超聲振動軟化效應隨超聲能量密度的增大而增強,殘余軟化效應隨超聲振動作用時間的增加而增強。采用EBSD方法測試了小角度晶界、KAM值等微觀組織結構分布,發(fā)現(xiàn)超聲振動作用下材料小角度晶界... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：140 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

微成形金屬零件[11]

體積微成形主要包括微擠壓、微模鍛等工藝方法。體積微成形適合微型齒輪、微型螺釘、醫(yī)用支架等零件的高精度大批量生產(chǎn)。對于純銅、純鋁等常溫下塑性較好的面心立方結構金屬,可采用塊體或棒材(絲材)通過擠壓或模鍛的方式得到精度較高的各類常用零件,典型的微體積成形零件如圖1-3所示[12]。張新平等[13]在常溫下通過微擠壓工藝獲得微小平面彈簧,疲勞試驗結果表明該零件在10N周期性載荷作用下疲勞壽命可達19260次。傅銘旺等[14]通過微鐓擠成形出最小直徑0.83mm、特征高度0.55mm的零件,如圖1-4所示,分析了晶粒尺寸和載荷等對成形件表面質量和尺寸精度的影響。目前,在實驗室條件下可成形出直徑0.5mm、壁厚50μm微型擠壓零件[12],微擠壓工藝在模具制造、工藝參數(shù)優(yōu)化和微擠壓成形機理等方面被廣泛研究[15-18],并獲得了成熟的發(fā)展和應用。圖1-4微鐓擠零件[14]

在微模鍛工藝方面,Paldan等[19]開發(fā)了等溫微模鍛塑性成形裝置,成形出最大和最小直徑分別為4.99mm和1.74mm的醫(yī)用鋁合金支架,如圖1-5所示。Kim等[20]以等通道擠壓制備的超細晶AZ31鎂合金為毛坯材料,采用熱擠壓工藝成形出節(jié)圓直徑僅為1.44mm的微型齒輪軸,如圖1-6所示。微模鍛零件機械性能穩(wěn)定,壽命長,是眾多微細加工工藝中的首選方法。但由于零件特征尺寸微小,工件材料與模具之間的接觸摩擦力大,導致材料的流動填充能力大幅下降。針對這一問題,本課題組[21,22]開發(fā)了浮動式模具成形工藝方法,通過改變成形過程中工件受到的摩擦力大小,成形出了高質量微型齒輪、微型雙齒輪零件,如圖1-7所示。諸如此類微體積成形零件在成形質量和精度上都得到了長足的發(fā)展,然而受到成形模具加工和裝配精度等的限制,以及傳統(tǒng)金屬材料微觀組織結構方面諸多因素的影響,如金屬材料在介觀尺度范圍內(nèi)單個晶粒尺寸、取向、分布特征等的差異和不確定性,嚴重制約了微體積成形工藝的進一步發(fā)展。由于塊體非晶合金(Bulk Metallic Glass,BMG)具有相對理想的微觀組織結構,過冷液相區(qū)內(nèi)成形性能良好,近些年被研究人員應用于微體積成形領域。Li和Shi等[23,24]采用擠壓和模壓方法制備出非晶合金微型齒輪件和壁厚50μm的杯形件。Saotome等[18]通過微體積成形裝置成形出微型非晶合金齒輪。本課題組[25]構建了描述Zr基非晶合金過冷液相區(qū)變形本構關系,分析了變形對塊體非晶合金晶化行為的影響。非晶合金在高溫下具有良好的流動性及填充性能,可以通過熱壓印獲得高精密微結構表面,如圖1-8所示[26]。圖1-6微型齒輪軸[20]

【參考文獻】：
期刊論文
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[8]超聲波振動下脆性材料單軸拉伸試驗裝置的設計[J]. 秦軍,劉傳紹,趙波,王應彪.  機械制造. 2007(02)
[9]面向微細制造的微成形技術[J]. 張凱鋒,雷鹍.  中國機械工程. 2004(12)

博士論文
[1]超聲振動拉絲相關理論及其實驗研究[D]. 齊海群.哈爾濱工業(yè)大學 2009



本文編號：3042766