激光間接沖擊金屬薄板微成形研究.pdf

1、現(xiàn)今，微納米科學(xué)與技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得微制造業(yè)迅速崛起，微器件在人們的生活、工作、研究等領(lǐng)域中廣泛地被關(guān)注和使用。金屬薄板微成形技術(shù)成為研究的熱點。
　　本文對激光間接沖擊金屬薄板微成形進(jìn)行研究，利用微細(xì)電火花加工工藝制造尺寸精度非常高的微成形模具，搭建了激光驅(qū)動飛片間接微成形和激光沖擊軟模間接微成形實驗平臺，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)探究兩種工藝的成形性能且分析激光對其影響的規(guī)律。本文主要的研究工作和成果如下:
　　首先，闡述了激光沖

2、擊波的力效應(yīng)機理，沖擊波壓力峰值的計算方法，分析了兩種工藝的加載特性，探究了激光加載的應(yīng)變率、材料的屈服條件以及應(yīng)變速率效應(yīng)。
　　然后，分別開展了激光驅(qū)動飛片和激光沖擊軟模間接微成形實驗研究，使用KEYENCE VHX-1000C、Axio CSM700以及TriboIndenter納米壓痕儀等檢測設(shè)備對飛片性能和試樣的貼模性、厚度減薄率、表面粗糙度、成形深度、納米硬度等成形性能進(jìn)行了表征。
　　在激光驅(qū)動飛片間接微成形實

3、驗中，通過厚度為20μm的鈦箔飛片加載厚度為35μm鈦箔試樣開展了微成形實驗，研究了激光能量對飛片的性能以及試樣的貼模性、厚度減薄率、表面粗糙度的影響。實驗結(jié)果表明，飛片始終能夠保持較好的完整性，能夠提供均勻沖擊壓力，為試樣均勻變形提供保障;當(dāng)激光能量合適時，試樣與模具貼合較好，較好地復(fù)制出模具特征，試樣具有良好的貼模性;試樣厚度減薄率最大值為19.8％，最小值為2％，能夠很好改善在高應(yīng)變率成形過程中出現(xiàn)厚度減薄率過大現(xiàn)象;試樣材料經(jīng)過

4、激光沖擊后表面粗糙度Ra的值變大。
　　在激光沖擊軟模間接微成形中，利用聚氨酯作為加載媒介完成了厚度20μm的鋁箔的微成形實驗，研究了激光能量對試樣的成形深度、貼模性、厚度減薄率、表面粗糙度以及納米硬度等成形性能的影響。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用軟模作為加載媒介能夠很好的保護(hù)試樣，使得試樣具有很好的表面質(zhì)量和高的光潔度，且具有很好的成形輪廓;激光沖擊軟模加載成形技術(shù)，可以為試樣變形提供均勻的沖擊力，使得試樣材料變形均勻，有利于提高試樣的成

5、形精度;通過對成形試樣的厚度減薄率進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)試樣圓角處厚度減薄率最大，其值為24.2％;激光沖擊軟模間接微成形工藝的高應(yīng)變等優(yōu)點，試樣材料的納米硬度得到提高，材料的機械性能得到強化。
　　最后基于ANSYS/LS-DYNA有限元軟件平臺對激光驅(qū)動飛片間接微成形和激光沖擊軟模間接微成形進(jìn)行了數(shù)值模擬，采用Johnson-Cook和Mooney-Rivlin本構(gòu)模型分別模擬了金屬飛片、試樣和聚氨酯軟模動態(tài)響應(yīng)行為，并討論了兩種工藝