超聲振動(dòng)輔助紫銅箔板塑性變形行為與微沖裁機(jī)理研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)的快速發(fā)展，對(duì)于箔板微型構(gòu)件的需求量在不斷上升的同時(shí)，在質(zhì)量上也提出了更高的要求，這些箔板微型構(gòu)件尺寸小，而且對(duì)尺寸精度和表面質(zhì)量要求高，這給微成形技術(shù)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。本文提出了超聲振動(dòng)輔助微沖裁工藝來(lái)改善箔板微型構(gòu)件的成形質(zhì)量。金屬箔板材料在超聲振動(dòng)條件下，表現(xiàn)出了特殊的力學(xué)性能，而超聲振動(dòng)輔助微沖裁正是利用了這種力學(xué)性能以及在成形過程中應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的改變來(lái)改善成形件的質(zhì)量，對(duì)成形高精度、高質(zhì)量的箔板構(gòu)件具有重要意

2、義。
　　為了研究超聲振動(dòng)對(duì)紫銅箔板塑性變形行為的影響，本文研制了超聲振動(dòng)輔助單向拉伸裝置。該裝置是由萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、超聲振動(dòng)系統(tǒng)以及連接裝置組成。對(duì)超聲振子進(jìn)行模態(tài)分析，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證其振動(dòng)性能，獲得最佳方案是在振子端部開槽0.2mm寬、10mm長(zhǎng)的開槽方案用以?shī)A持試樣。
　　使用研制的超聲振動(dòng)輔助力學(xué)性能測(cè)試裝置對(duì)不同晶粒尺寸的紫銅箔板進(jìn)行單向拉伸實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)中加載超聲振動(dòng)紫銅箔板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度降低，表

3、現(xiàn)出了超聲振動(dòng)對(duì)金屬材料的軟化效應(yīng)。在超聲振動(dòng)作用下，紫銅箔材的硬化指數(shù)增大，退火態(tài)紫銅箔板延伸率略有降低，軋制態(tài)紫銅箔板延伸率略有升高。對(duì)拉伸試樣斷口進(jìn)行分析表明，加載超聲振動(dòng)條件下，斷口附近晶粒變形更加劇烈，韌窩數(shù)量增多。
　　對(duì)振動(dòng)輔助微沖裁進(jìn)行了有限元分析，采用了單邊間隙板厚比分別為6％-20%五種不同的沖裁間隙在有無(wú)加載振動(dòng)條件下進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明在間隙為8%且加載超聲振動(dòng)時(shí)沖裁質(zhì)量最好。對(duì)振動(dòng)輔助沖裁中的箔板應(yīng)力狀態(tài)

4、進(jìn)行了分析，振動(dòng)緩解了沖裁過程中的應(yīng)力集中，增大了壓應(yīng)力，使其在較大靜水壓力下變形，抑制了裂紋的萌生。
　　研制了加載了超聲振動(dòng)的微沖裁模具，研究了超聲振動(dòng)輔助在不同晶粒尺寸和不同沖裁速度下對(duì)微沖裁質(zhì)量的影響，結(jié)果表明使用退火狀態(tài)的紫銅箔板在有無(wú)超聲狀態(tài)下沖裁斷面都是光亮帶，但加載超聲振動(dòng)條件下沖裁斷面光潔平整，粗糙度低。使用軋制態(tài)的紫銅箔材沖裁斷面光亮帶比例隨沖裁速度的增加而增加，而加載超聲振動(dòng)輔助后沖裁斷面光亮帶長(zhǎng)度比例要優(yōu)于