激光驱动飞片微塑性温成形工艺研究.pdf

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1、激光驱动飞片微塑性温成形工艺研究ResearchonWarmMicroformingProcessbyLaser·driVenFlyer姓江苏大学2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：弘碣沙缈年6月ff日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信

2、息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密口。学位论文作者签名：芗长强山(烽乡月f旧⋯一知伶霞矽垆易刖『日江苏大学硕士学位论文摘要近年来，随着产品的不断微型化，微成形加工技术

3、被越来越广泛地应用于微机电系统(microelectromechanicalsystem，MEMS)中，尤其是生产制造电子产品、医疗器械、通信零件等。激光驱动飞片微成形因其生产效率高、成本低、成形件疲劳寿命长等优点，是一种很有前景的微塑性成形技术。本文基于激光驱动飞片微成形理论，构建了激光驱动飞片微塑性温成形系统。在国家自然基金(强脉冲激光驱动飞片加载金属箔板微成形基础研究)项目的支持下，进行了激光驱动飞片微塑性温成形实验，研究了各工艺参数对微成形件的粗糙度、表面质量、成形深度的影响；进行了纳米压痕实验，探讨了温成形过程的成形机理；针对激光驱动飞片微塑性温成形过程进行了热力耦合数值模拟研

4、究。主要研究成果如下：搭建了激光驱动飞片微塑性温成形系统，利用自行设计的温成形模具对关键工艺参数(成形温度、激光器能量、软膜厚度)与温成形性能之间的关系进行定性、定量实验研究，探讨了激光驱动飞片微塑性温成形常见的失效形式，并讨论了各工艺参数对T2紫铜成形件的表面粗糙度和三维形貌的影响。结果发现，T2紫铜工件成形区域和未成形区域的表面粗糙对随温度的升高变化不明显，在2～2．5岫范围内轻微波动；随着成形温度的升高(25、loo、150、200℃)和激光能量(1020、1380、1690、1900mJ)的增强，T2紫铜成形件的的温成形性能提高了；与无软膜成形相比，硅橡胶软膜可以避免飞片与工件直

5、接接触而烧蚀失效，改善T2紫铜工件的成形精度。实验研究证明了利用硅橡胶软膜辅助激光驱动飞片微塑性温成形工艺可以提高工件的成形能力，为开展高应变率下材料的温成形机理研究提供实验依据。针对不同成形温度对成形件表面微硬度及弹性模量的影响开展了纳米压痕实验研究，揭示了T2紫铜成形件成形区域和未成形区域纳米压痕硬度和弹性模量随温度变化的规律，理论研究了成形温度和硅橡胶软膜对激光驱动飞片微塑性温成形机理的影响。结果发现，本实验条件下，与基材硬度相比，紫铜成形区域表面纳米压痕硬度相对于基材硬度都提高了，但提高幅度随着温度升高而下降；弹性模量随成形温度的升i亩呈降低趋势，工件中心成形区域弹性模量在50—

6、120GPa范围内变化。分析认为，激光驱动飞片微塑性温成形是激光冲击强化作用和温度软化作用共同作用激光驱动飞片微塑性温成形工艺研究的结果。激光驱动飞片微塑性温成形工艺可以适度提高成形件力学性能，对进一步开展温成形机理研究具有一定的理论参考价值。利用LS—DⅥ呵A软件对不同激光能量、不同温度下工件的成形过程进行热力耦合数值模拟分析，研究了成形件的温度场、位移场、应力场的分布规律。随着激光能量的增大和成形温度的升高，工件的最大位移增大，最大应力出现在成形区域中心处，这与实验结果是一致的；进一步研究探讨了工件减薄率、应变速率变化规律，初步揭示了激光驱动飞片微塑性温成形成形机理。关键词：激光冲击

7、，微温成形，激光驱动飞片，软膜，纳米压痕II江苏大学硕士学位论又ABSTRACTInrecentyears，wimthecontinuousminiaturizationofproducts，microfomlingtechnologyismoreandmorewidelyusedinmicroelectromechanicalsystems(microelec廿omechanicalsystem，MEMS)，especiallyi