激光動(dòng)態(tài)柔性微彎曲成形尺寸效應(yīng)研究.pdf

1、激光動(dòng)態(tài)微成形技術(shù)（μLDF）結(jié)合了激光沖擊噴丸和高速成形的優(yōu)點(diǎn)，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)改善了成形件的疲勞特性及成形能力，尤其適合高強(qiáng)度、復(fù)雜形狀3D微零件的局部成形。雖然激光動(dòng)態(tài)加載下箔板的成形機(jī)制與傳統(tǒng)微成形截然不同，但材料的力學(xué)性能和塑性流動(dòng)行為同樣也表現(xiàn)出一定的尺寸效應(yīng)。尺寸效應(yīng)現(xiàn)象已成為微成形領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文基于激光沖擊理論和柔性成形理論，以硅膠軟模作為沖擊波傳遞媒介，搭建激光動(dòng)態(tài)柔性微彎曲成形工藝系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)

2、上展開(kāi)高應(yīng)變率尺寸效應(yīng)機(jī)理及成形性能的相關(guān)研究。主要研究工作與成果如下:
　　(1)制備多特征微彎曲模具，利用能量平頂分布的激光器實(shí)現(xiàn)T2紫銅箔的大面積多特征等壓彎曲成形。改變箔板厚度t、箔板晶粒尺寸d、微模具特征尺寸W等工藝參數(shù)以獲得多種N值(t/d)、M值（W/t），定量表征試樣晶粒尺寸效應(yīng)與特征尺寸效應(yīng)的相互耦合作用。并通過(guò)微彎曲成形深度、破裂形式間接探討N值、M值對(duì)T2紫銅箔微彎曲力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，箔板的力學(xué)性能隨

3、N值的增大而減弱，N=0.4時(shí)，成形件圓角附近形成軸向分布的裂紋。
　　(2)分別從成形件的表面微塑性變形及截面塑性變形探討高應(yīng)變率箔板動(dòng)態(tài)變形行為中的尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。將微彎曲件進(jìn)行冷鑲嵌并進(jìn)行研磨、拋光處理，在成形件截面上沿槽寬和厚度方向分別進(jìn)行維氏硬度及納米壓痕實(shí)驗(yàn)，通過(guò)微硬度分布定量表征材料沿各方向的硬化程度和均勻變形能力。結(jié)合成形件的截面厚度減薄率和金相微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步揭示高速?zèng)_擊下晶粒尺寸對(duì)箔板截面塑性變形均勻性的影響。結(jié)

4、果顯示:高應(yīng)變率下的應(yīng)變硬化、表面粗化、厚度減薄等變形行為受箔板厚度、晶粒尺寸及變形程度的影響。粗晶箔板的硬化能力明顯高于細(xì)晶箔板，但其均勻塑性變形能力及幾何成形精度較差，呈現(xiàn)不規(guī)則減薄率分布及不對(duì)稱輪廓形狀。退火態(tài)箔板的表面粗化程度隨著塑性應(yīng)變的增大而增加，且粗化速率隨晶粒尺寸而加劇。關(guān)于激光動(dòng)態(tài)加載箔板尺寸效應(yīng)的研究為高速?zèng)_擊微成形工藝及箔板精確成形提供一定的指導(dǎo)意義。
　　(3)尺寸效應(yīng)引起的材料不均勻塑性流動(dòng)在激光動(dòng)態(tài)柔性

5、加載下得到一定的改善。激光沖擊區(qū)域材料發(fā)生明顯沖擊強(qiáng)化，材料原始晶界對(duì)塑性變形行為的影響減弱。實(shí)驗(yàn)中厚度30μm箔板受高應(yīng)變率慣性效應(yīng)、晶粒細(xì)化機(jī)制作用呈現(xiàn)出超塑性變形行為，最大減薄率可達(dá)50％～60％。適當(dāng)提高激光能量可以使已粗化的表面凸起沿著模具型腔“削平”，避免材料發(fā)生局部頸縮，從而在一定程度上抑制了尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。
　　(4)利用LS-DYNA軟件對(duì)不同激光能量、不同厚度箔板的微彎曲成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，探究了激光沖擊軟