激光驅(qū)動飛片微沖裁工藝研究.pdf

1、隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)的不斷發(fā)展,使得微器件的需求不斷增加,與之相關的微金屬零部件的微成形加工技術也顯得越來越重要?；趥鹘y(tǒng)沖裁技術發(fā)展起來的微沖裁技術是一種重要的微成形加工技術,但是由于微沖頭的制造、微沖頭和微模具之間對準性和配合間隙難以控制等使得問題變得復雜。近些年來,積極探索尋求新的微孔制造成形工藝逐漸成為了研究熱點。
　　 本文提出了一種激光驅(qū)動飛片微沖裁的工藝方法。首先,本文研究了激光驅(qū)動飛片加載工件的關鍵基礎理論

2、,包括激光與物質(zhì)作用的力效應模型、激光驅(qū)動飛片技術原理、飛片與工件碰撞的碰撞機理、高沖擊載荷下材料的動態(tài)響應以及動態(tài)變形中的剪切帶等問題。
　　 其次,本文設計了微沖裁實驗,分析了離焦量、激光能量、工件厚度和微模具凹腔的斜邊倒角對與激光驅(qū)動飛片微沖裁結果的影響；結合陣列特征以及非圓形微凹模,實現(xiàn)了金屬薄板的批量沖裁和非圓孔沖裁；利用XTZ-FG型體視顯微鏡、AxioCSM700真彩色共聚焦掃描顯微鏡和KEYENCE VHX-60

3、0-超景深三維顯微系統(tǒng)分別對微沖裁后的式樣結果進行了觀察,發(fā)現(xiàn)加工出來的工件不僅具有良好的表面質(zhì)量、輪廓特征明顯,而且沖裁后的工件孔壁具有較好的光潔度。
　　 接著,圍繞激光驅(qū)動飛片作用機理、飛片加載工件的碰撞機理以及工件材料的動態(tài)響應過程建立了激光驅(qū)動飛片微沖裁的數(shù)值仿真模型,以ANSYS／LS-DYNA軟件為平臺,利用Finite Element Mesh(FEM)方法對激光驅(qū)動飛片的沖裁過程進行數(shù)值仿真,考察了飛片和工件上

4、一些節(jié)點的位移、速度和溫升變化情況；分析與討論了不同激光能量和工件厚度下的數(shù)值模擬結果,給出了工件變形和減薄情況。
　　 最后,利用Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH)方法對激光驅(qū)動微沖裁過程再次進行數(shù)值仿真,給出了一些特殊位置上粒子的位移、速度以及應力變化曲線；將該方法下的模擬結果與FEM數(shù)值模擬結果進行對比分析,總結出兩種數(shù)值模擬方法的異同點及各自優(yōu)勢和劣勢。通過利用FEM和SPH兩種不同