激光驅(qū)動(dòng)飛片加載金屬箔板間接沖擊微成形研究.pdf

1、隨著微納米科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展，微小機(jī)電系統(tǒng)及其微結(jié)構(gòu)器件的制作是近年來(lái)微制造研究的熱點(diǎn)。微塑成形工藝因其在規(guī)?；可a(chǎn)方面的優(yōu)勢(shì)，在金屬微結(jié)構(gòu)的制作方面得到日益廣泛的應(yīng)用，已成為當(dāng)前制造科學(xué)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究學(xué)科前沿。本文在剖析國(guó)內(nèi)外有關(guān)微塑成形技術(shù)，特別是激光沖擊微成形技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合激光驅(qū)動(dòng)飛片技術(shù)，提出了激光驅(qū)動(dòng)飛片加載金屬箔板間接沖擊微成形的新方法?；趯?duì)激光驅(qū)動(dòng)飛片加載方式及箔板成形機(jī)理的理論分析，開展激光驅(qū)動(dòng)飛片間

2、接沖擊金屬箔板的變形特性實(shí)驗(yàn)和有限元數(shù)值模擬研究。主要工作有以下幾個(gè)方面：
　　 探討了激光驅(qū)動(dòng)飛片加載及其金屬箔板成形的機(jī)理。包括激光誘導(dǎo)等離子體產(chǎn)生沖擊波壓力的數(shù)學(xué)模型、激光驅(qū)動(dòng)飛片靶的結(jié)構(gòu)及其影響因素、激光驅(qū)動(dòng)飛片的解析過(guò)程、飛片高速碰撞靶材的沖擊動(dòng)力學(xué)行為、沖擊波導(dǎo)致的溫升和靶材高應(yīng)變率的塑性變形，這些研究為微成形工藝參數(shù)的合理選取及成形過(guò)程的數(shù)值模擬奠定了基礎(chǔ)。
　　 構(gòu)建了激光驅(qū)動(dòng)飛片加載下箔板間接沖擊微成形

3、的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，初步揭示了激光間接沖擊微成形能力與規(guī)律。通過(guò)對(duì)基于大面積陣列特征模具、單個(gè)圓孔模具和圓環(huán)模具的微成形實(shí)驗(yàn)，研究了激光能量、箔板厚度、離焦量對(duì)成形的影響，并對(duì)成形件的形貌和表面粗糙度的變化進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)典型成形件的應(yīng)變分布進(jìn)行了理論研究。研究發(fā)現(xiàn)：激光驅(qū)動(dòng)飛片具有良好的加載功能，在合理的工藝參數(shù)下，可獲得良好的成形效果，不但成形特征明顯，而且成形表面質(zhì)量好，可實(shí)現(xiàn)金屬箔板的微成形要求；提高激光能量，可以增加成形深度，但是當(dāng)

4、激光能量大于某一特定值時(shí)成形件就會(huì)沿著模具邊緣產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，甚至是完全開裂，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)激光驅(qū)動(dòng)飛片加載技術(shù)也非常適合微沖裁工藝。
　　 基于ANSYS/LS-DYNA軟件平臺(tái)，采用顯式動(dòng)態(tài)分析模型，建立了激光間接沖擊微成形的有限元分析模型，有效地解決了激光間接沖擊微成形中載荷高、結(jié)構(gòu)響應(yīng)變化快的問(wèn)題。模擬分析了激光間接沖擊微成形中的瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)程、成形過(guò)程中的內(nèi)能的變化、飛片加載后成形件的殘余應(yīng)力分布；研究了激光能量、微模具圓

5、角半徑和箔板與微模具的摩擦系數(shù)對(duì)于成形形貌和減薄率的影響。為成形工藝參數(shù)的優(yōu)化和成形形狀的預(yù)測(cè)和控制提供了手段。
　　 利用透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)成形后的成形件微觀組織演變情況進(jìn)行了觀察與分析。表明在飛片的高速加載作用下材料內(nèi)部組織晶粒超細(xì)化，其達(dá)到納米級(jí)別，在晶粒內(nèi)部還存在一些納米孿晶片層，其尺寸只有幾個(gè)到十幾納米。提出了兩種解釋微成形過(guò)程中微觀形貌的演化和晶粒細(xì)化機(jī)制：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶超細(xì)化和形變孿晶超細(xì)化機(jī)制。本文采用的激光