超高應(yīng)變率下的激光沖擊微擠壓成形基礎(chǔ)研究.pdf

1、微擠壓作為微成形的一個(gè)重要分支,其成形件在醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、微電子、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,研究適用于多種材料的高效低成本微構(gòu)件成形方法很迫切。本文提出了超高應(yīng)變率下的激光沖擊微擠壓成形新技術(shù),即利用激光誘導(dǎo)的沖擊波使局部金屬板料在凹模約束下產(chǎn)生體積變形和擠壓效應(yīng)。本文在宏觀激光沖擊成形的基礎(chǔ)上,對3003鋁合金板料的激光沖擊微擠壓成形進(jìn)行了系統(tǒng)研究,分析了板料的成形性能,以及影響成形的各因素。同時(shí)對3003鋁合金微擠壓成形進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2、,定量分析了激光參數(shù)、材料特性對成形的影響規(guī)律,并對成形質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)和分析,為超高應(yīng)變率下的激光沖擊微擠壓成形提供了技術(shù)支撐。研究成果如下:
　　 (1)論述了激光沖擊成形機(jī)理以及微擠壓成形相關(guān)研究進(jìn)展;在介紹擠壓塑性成形原理的基礎(chǔ)上,分析了尺度效應(yīng)對成形的影響。
　　 (2)數(shù)值分析了超高應(yīng)變率下的激光沖擊微擠壓成形規(guī)律,研究了加載壓力、摩擦系數(shù)、板厚對成形性能的影響。結(jié)果顯示,加載壓力大于板料動態(tài)屈服強(qiáng)度時(shí),板料發(fā)

3、生塑性變形,隨著加載壓力的增大,變形量呈非線性增大;摩擦系數(shù)越大,板料與凹模間的摩擦應(yīng)力增大,變形量減小;隨著板厚增加,板料自身的流動應(yīng)力增大,變形量減小。
　　 (3)實(shí)驗(yàn)研究了單次激光沖擊下,激光能量、晶粒大小以及板厚與晶粒大小比值對成形的影響規(guī)律,并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果顯示,激光能量是影響成形的主要因素,激光能量越大成形量越大,但必須控制在材料斷裂極限之內(nèi);晶粒尺寸大小對微尺度下的成形影響顯著,晶粒尺寸

4、越大,板料內(nèi)部的晶粒間的流動應(yīng)力減小,成形更容易;板厚與晶粒大小比值對成形影響的研究結(jié)果顯示,比值對成形的影響并沒有明顯的規(guī)律,但就本文的實(shí)驗(yàn)而言,中間比值成形效果最佳。數(shù)值分析得出結(jié)果比實(shí)驗(yàn)結(jié)果略大,但在合理的范圍內(nèi)。
　　 (4)運(yùn)用X-350A射線殘余應(yīng)力測試儀對成形區(qū)表面的殘余應(yīng)力進(jìn)行了檢測,分析了表層殘余應(yīng)力的分布、產(chǎn)生原理,對影響殘余應(yīng)力分布的激光參數(shù)和材料機(jī)械特性進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示,板料沖擊背面殘余應(yīng)力表現(xiàn)為拉應(yīng)