复杂微型构件特种能场辅助微成形研究进展

随着复杂微型构件特征尺寸的不断减小,尺度范围不断扩大,材料种类日益增多,单纯依靠模具施加载荷的塑性微成形技术受到越来越多的挑战,成为制约微型构件实际应用的关键技术瓶颈。特种能场微成形技术利用超声场、电场和电磁场等能场与材料相互作用产生的特殊物理效应进行微加工,可以明显改善材料的塑性流动,降低微成形载荷,从而显著提高微型构件成形质量。本文综述了超声场、电场和电磁场等特种能场作用下塑性微成形的研究进展。首先探讨了特种能场作用下材料力学性能响应机制及微成形尺度极限,其次介绍了特种能场作用下微成形过程中材料微观组织结构演化与缺陷形成机理,最后总结了特种能场辅助微成形的关键工艺参数及其对成形质量的影响规律,强调了通过优化工艺参数实现高精度成形的重要性,为复杂微型构件的低成本、高效制造提供了新的技术路径。

面向微细制造的微成形技术

综述了近年来微成形 (微尺度金属零件和微结构金属零件成形 )技术的发展概况 ,包括微成形工艺系统、成形中的微尺度效应、微尺度冲裁、挤压、拉深、超塑成形等工艺的试验和研究结果 ,以及已经提出和发展的考虑微尺度效应的各种力学本构模型 ,并简要介绍了微成形相关的工艺装备系统的发展现状 ,分析了微成形技术的发展趋势和经济潜力。

固体润滑薄膜在塑性微成形中的应用进展

评述了塑性微成形技术在微细加工领域存在的优势和由于尺寸效应的影响而面临的挑战,综述了近年来国内外固体润滑薄膜在体积微成形和薄板微成形中的应用进展,简单介绍了笔者在该领域的研究成果,展望了固体润滑薄膜在塑性微成形中有待研究的方向。

塑性微成形技术研究进展

随着微纳米科学和微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)技术的快速发展,人们对微型零件的需求日益增加。塑性微成形是一种采用塑性变形,成形零件尺寸至少有两个方向在亚毫米量级的微制造方法,具有加工效率高、工艺简单以及成形零件性能优异和精度高等特点,特别适合于微型零件的低成本批量制造。介绍了塑性微成形技术的研究背景、应用领域及其优点,综述了微成形在尺度效应、新设备以及工艺方法等方面的最新研究进展,并论述了微成形技术在新材料(超细晶材料及非晶材料)方面的发展趋势。

金属微成形技术

阐述了金属微成形技术的基本概念、应用和最新进展。分析了金属微成形技术的特点 ,对其目前主要研究领域及关键问题的研究与进展情况进行了分析总结 。

金属薄板微成形技术的研究进展

文章阐述了金属薄板微成形的基本概念和金属微成形中的尺寸效应,综述了微拉深、增量成形、微弯曲和冲裁等薄板微成形技术的研究现状,并简单介绍了作者的研究成果,展望了薄板微成形技术的发展方向和趋势。

微成形摩擦研究进展

评述了微成形在微细加工领域中的优势及存在的挑战。介绍了近年来体积微成形和板材微成形在摩擦的尺寸效应、摩擦模型、数值模拟中对摩擦的处理以及润滑方法等方面的研究进展。分析了当前微成形摩擦研究中存在的问题。展望了微成形摩擦有待研究的方向。

微成形技术的研究现状

阐述了微成形技术的基本概念,分析总结了微成形的研究现状、主要研究领域。以微成形试件微小化后尺寸效应的本质特征为基础,讨论了材料成形过程中的摩擦、材料流动规律的尺寸效应、试件的精度和成形设备的选择等问题,并进一步指出了微成形技术的发展方向。

激光间接冲击下钛箔的微成形特性

采用具有高应变率加载特征的激光驱动飞片间接冲击微成形技术对钛箔进行了微成形实验,以解决难成形材料的微塑性成形问题。从飞片完整性、工件贴模性以及厚度减薄率等方面探究了该工艺的成形性能。实验中采用微细电火花和曲面研磨技术制造微模具,材料为AISI 1090模具钢,飞片为20μm的钛箔,成形工件为35μm的钛箔。通过KEYENCE VHX-1000C超景深显微系统对飞片和工件进行了观测和分析,结果显示:飞片具有较好的完整性,能够提供均匀的冲击压力;成形后的工件具有良好的表面质量和贴模性。借助冷镶嵌工艺测量了工件的厚度分布,分析了工件厚度减薄率,其最大值为19.8%,最小值为2%,显示工件的厚度分布比较均匀。研究表明:激光间接冲击微成形技术对于难成形材料具有良好的成形效果并且能有效抑制厚度减薄。

基于硅模具的Zr基非晶合金微成形工艺研究

研究了利用硅模具进行微成形的热压工艺,针对超塑性成形Zr65Cu17.5Al10Ni7.5非晶合金微零件过程进行分析,提出精确去除非晶合金飞边的方法,并采用质量分数为40%的KOH溶液(温度为80℃)腐蚀去除硅模具得到微型零件。利用该工艺成功制备出尺寸精度很高、模数为0.1mm、齿数为20、厚度为300μm的非晶态微型直齿圆柱齿轮。该工艺用于制备高性能非晶合金微型零件优势明显,尤其对于芯部是复杂结构的微型零件更具成形优势。

非均质材料微成形过程的晶体塑性模拟

微塑性成形中,由于参与变形的晶粒数量有限,材料非均质现象显著,基于均匀化假设的宏观弹塑性模型不再适用,为了研究有限数量晶粒组成的材料塑性变形过程,需结合其微结构与微观塑性变形机制.参照金属材料的微结构,构建了非均质多晶模型,采用晶体塑性本构关系和Cauchy应力更新算法,设计了材料子程序(VUMAT),对含不同晶粒数目的圆形板料拉深过程进行模拟分析.研究表明,非均质多晶板料成形的筒形件具有明显制耳,但制耳轮廓无规律.晶粒数目增加会弱化材料非均质现象,使制耳高度降低,但又引起晶粒间约束增强,使拉深力小幅增长.

微成形技术的现状与发展

介绍了微成形技术产生的背景和科学意义 ,综述了微成形技术的研究与应用概况 ,探讨了微成形技术发展中所面临的一些关键问题 。

微成形中材料非均匀流动研究

为了找出微成形过程中材料非均匀流动的特点,在常温下对具有不同晶粒尺寸的微型铜圆柱体进行了镦粗实验。结果表明,微小尺度下材料呈现出明显的非均匀流动,且这一非均匀流动随晶粒尺寸和变形量的增大而剧烈。为微成形工艺设计、模具设计提供了必要的信息与指导。

Zn-Al22合金超塑微成形

采用超塑成形工艺研究了细晶超塑Zn-Al22合金的微成形。采用表面带有微槽和微孔两种形式的不锈钢模具,对所选材料进行了微成形性试验,并利用提出的评价方法对其成形进行评价。微挤压试验证明了材料的微成形性。分析了润滑、压力及模具结构对成形的影响。采用SEM对成形件微观形貌进行了分析。

块体非晶合金微成形技术的研究进展及发展趋势

介绍了微成形技术的基本特点及主要研究领域,指出非晶合金材料是一种比较理想的微成形材料。综述了块体非晶合金材料应用到微成形领域的优点以及块体非晶微成形技术的最新研究进展,并阐述了块体非晶合金微成形技术的发展趋势,指出了新的发展方向。

高频/超声振动辅助微成形技术研究进展与展望

微机电系统等技术的快速发展,给微成形技术提供了强大的发展动力。主要综述了体积微成形、箔板微成形以及微成形介观尺度效应等3个方面的研究进展,并结合作者的研究经历对微成形研究中存在的问题进行了简要分析。在此基础上,着重综述了高频/超声振动作用下材料的力学行为,介绍了材料变形抗力降低的主要原因,即应力叠加、声波软化及摩擦力降低,并从体积效应和表面效应两个方面对其作用机制进行了概述。进而综述了高频/超声振动在微冲裁、微挤压以及微拉深等微成形工艺中应用的研究进展,介绍了高频/超声振动的积极效果。最后,对该方向的研究进展进行了总结,并对其发展前景和主要发展方向进行了展望。

微成形技术在塑性加工中的应用研究

快速增长的MEMS市场为微系统工程提供了广阔的发展和应用空间,对微金属零件的需求也日益增多,结合微成形技术和传统塑性加工方法,可以提高微零件精度和生产率,实现批量生产,但是也对微成形技术和塑性加工提出了新要求。尺度效应的影响使得微塑性成形成为一个全新的领域,传统的塑性加工理论无法继续使用。本文在介绍微成形概念的基础上、对其在塑性加工中的应用、进展以及研究方法进行了分析总结,并阐述了相关的关键技术。

微型模具及微成形技术的发展

这里阐述了微型模具及微成形技术的基本概念和研究现状,介绍了微型模具制造的原理和技术以及微成形技术的特点,最后提出了该技术领域需要解决的一些关键技术问题和发展趋势。

铜箔激光冲击微成形微观组织与残余应力研究

为了研究激光成形方式对成形轮廓和微观组织的影响,采用厚度为40μm和80μm的T2铜箔进行激光冲击微胀形和微拉深实验。同时使用ABAQUS有限元仿真对实验进行模拟,研究不同变形方式下箔材位移和残余应力场。结果表明,激光冲击微胀形后铜箔变形区域出现颈缩,激光作用区域内变形机制主要为位错滑移、变形扭曲晶粒和机械孪晶;箔材上表面(激光冲击表面)为残余拉应力,最大值约为372.3MPa,箔材下表面(背向激光冲击面)为残余压应力,最大值约为-218.7MPa;而对于微拉深,箔材成形轮廓过渡圆滑,厚度分布均匀,光斑作用区域内出现大量位错露头和一些机械孪晶,箔材上表面为残余压应力,最大值约为-365.6MPa,箔材下表面为残余拉应力,最大值约为203MPa。这一结果对激光冲击箔材成形控制是有帮助的。

电磁脉冲驱动力在微成形工艺中的试验研究

针对微零件成形的方法做了一个新的尝试,将电磁脉冲力应用于微零件成形工艺中,采用不同充电电压进行试验,对比每次的试验效果,取得了一些试验数据和试验结果,并在放大300倍的情况下观察了成形微零件的表面,对比了工件表面和模具的表面光洁度。试验结果显示,采用电磁力驱动用于微零件成形,成形速度快,成形效果好。电磁脉冲驱动力应用于微零件成形具有很好的应用前景。具体的工艺参数尚需进一步的试验来确定。