微塑性成形機理及精密微塑性體積成形裝置研究.pdf

1、微機電系統(tǒng)和微系統(tǒng)技術的迅速發(fā)展，對微型零件的制造技術提出了更高要求，這給精密微塑性成形技術的發(fā)展帶來契機。該成形技術是以塑性變形方式制造微型零件的工藝方法，非常適合于微型零件的低成本批量制造，但由于成形件尺寸或特征尺寸為亞毫米級或微米量級，出現(xiàn)了明顯的尺寸效應，與傳統(tǒng)的塑性加工工藝不同，其成形機理和材料變形流動規(guī)律發(fā)生了改變，微塑性成形技術是一個嶄新的研究領域。
　　本文建立了基于晶體塑性學理論的多晶體模型，揭示了材料微塑性成形

2、機理，使用壓電陶瓷微驅動器研制了精密微塑性體積成形專用設備，開展了微塑性成形尺寸效應的實驗研究，并以微型齒輪作為典型零件系統(tǒng)地研究了微型零件的微塑性成形工藝，解決了制約微塑性成形工藝的關鍵技術。
　　從材料的多晶體結構角度，基于晶體塑性變形理論建立了多晶體模型。根據位錯塞積程度和晶粒變形受約束程度的差異將變形體分作兩部分：位于自由表面的單晶體區(qū)和變形體內部的多晶體區(qū)。位于變形體自由表面的晶粒變形采用晶體塑性學理論來分析，而內部材料

3、采用宏觀塑性變形理論分析。使用建立的多晶體模型對微型圓柱試樣的鐓粗變形過程進行了數值分析，研究了試樣尺寸、晶粒初始取向分布等對試樣流動應力和表面形貌的影響規(guī)律。結果表明，試樣的流動應力隨試樣尺寸的減小而減小，出現(xiàn)了明顯的尺寸效應現(xiàn)象；試樣的變形不均勻性是由試樣晶粒的各向異性引起的，導致了變形試樣表面凹凸不平。
　　采用壓電陶瓷作為微驅動器，研制了串聯(lián)式結構的精密微塑性體積成形裝置。設計了位置調節(jié)機構用于壓電陶瓷位置調節(jié)，同時還可以

4、滿足某些成形工藝中對較大位移量的需要。使用基于PID控制的壓電陶瓷電源，針對微塑性成形設計了成形工藝控制器。對研制的精密微塑性體積成形裝置進行了測試和分析，結果表明該裝置能夠滿足微塑性體積成形研究的需要。
　　使用微鐓粗實驗方法進行實驗研究，分析試樣尺寸、晶粒尺寸、變形程度和變形溫度等參數對材料流動應力的影響規(guī)律，并從材料的多晶體結構角度對流動應力尺寸效應產生的機理進行了分析。采用金相方法，分析晶粒尺寸和變形程度對塑性變形不均勻性

5、的影響規(guī)律，并從晶粒的各向異性角度研究其產生的機理。
　　模具型腔的尺度也會對微成形工藝帶來尺寸效應。本文采用模壓成形工藝，研究了模具型腔尺寸（b）、晶粒尺寸（L）以及它們的比值 L/b對充填性能的影響規(guī)律。結果表明，比值L/b是影響材料微充填性能的主要因素。
　　在以上研究的基礎上，開展了微型齒輪的微塑性成形工藝研究。使用研制的浮動式模具裝置，研究了微型齒輪的微塑性成形過程，分析了沖頭速度、載荷和溫度等工藝參數對微塑性成形