电流辅助微成形技术研究进展

高强难变形金属材料微成形中普遍存在成形温度高、表面氧化严重、模具寿命低等问题,迫切需要发展提高难变形材料微成形潜力的新原理、新方法和新工艺。电流辅助微成形技术可以明显改善材料的塑性流动能力、优化微观组织、改善表面质量、提升构件综合力学性能,在突破高强难变形材料制造瓶颈方面具有巨大潜力。基于此,从电流诱发的非热电致塑性效应(电子风)、焦耳热效应和次生效应(裂纹愈合、局部电势)等方面综合评述了电致塑性效应的物理机制,分析了电流激励下材料成形性和应力降等力学性能的响应规律,并从电流对材料回复、再结晶及相变等微观组织的影响方面探讨了电致塑性效应的微观作用机理,进而讨论了近年发展的一些电流辅助微成形工艺,总结并提出了电流辅助微成形技术在理论和工艺方面面临的挑战。

电磁微成形技术研究进展

随着塑性微成形特征尺寸进一步缩小,材料种类不断扩大,单纯依靠模具施加载荷的方法已经越来越难以制备出满足尺寸精度和使用性能要求的微型三维构件,亟需探索新的塑性微成形新原理、新方法和新工艺。电磁微成形技术是一种利用载流导体在磁场中受到洛伦兹力而变形的高应变速率成形方法,能够有效克服微成形过程中成形性能下降、尺寸精度难以保障等问题,具有拓展塑性微成形应用领域的巨大潜力。首先从电磁成形技术的原理与特点出发,介绍了电磁成形过程中高应变速率效应对材料性能的特殊作用,然后综合分析了微成形过程中尺度效应对材料力学行为和成形性能的影响规律及相关机制,详细评述了电磁微成形技术在金属超薄板冲压以及金属表面微纳结构压印中的优势与不足,最后总结并提出了电磁微成形技术在理论和工艺方面所面临的机遇与挑战。

数值模拟技术在微成形研究中的应用

微成形技术具备高生产效率、高材料利用率和优异的成形质量,是一种极具发展前景的高精度加工技术。数值模拟技术作为一种先进的研究手段,可以在塑性加工中对材料的变形和工艺可行性等进行评估和预测,达到节约生产成本、缩短研发周期的作用。主要综述了数值模拟技术在微成形研究中的典型应用。介绍了数值模拟技术在研究材料性质和材料变形方面的应用,包括利用Voronoi方法和晶体塑性方法建立金属多晶体模型,研究了微成形过程中材料的变形机制和尺寸效应,建立了材料摩擦函数、构建了零件粗糙表面,研究了微成形过程中的摩擦行为;将晶粒大小、晶体取向与板料模型相关联,研究了微成形过程中薄板的回弹行为和成形极限。除此之外,也介绍了近年来微成形领域的许多新成形技术,如激光辅助微成形、水射流增量微成形、超声辅助微成形,以及数值模拟方法在这些新微成形技术方面的应用。最后,总结了数值模拟技术在微成形研究中所起的作用,并展望了该领域的未来发展趋势。

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。

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。

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。

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。

微成形工艺数值模拟多晶体模型(英文)

从坯料的多晶体结构角度考虑自由表面影响构建多晶体模型。该模型中将坯料分为自由表面层、过渡层和内部层三部分。将自由表面层中的晶粒看作单晶体,通过引入晶体取向考虑晶体变形的各向异性,解释塑性变形的非均匀性;在过渡层中,考虑相邻晶粒的影响;在内部层中,将晶粒看作类似多晶体材料变形。使用建立的模型,采用MSC Superform软件模拟镦粗变形过程。模型分析结果表明,坯料塑性变形出现了流动应力的分散性和变形的非均匀性。计算结果与试验结果吻合较好,这说明建立的模型是有效的。

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。