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超声辅助成形系统及超声辅助压缩成形研究

超声辅助成形系统及超声辅助压缩成形研究

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作者：李广北京理工大学

学位级别：硕士

随着科学技术不断发展,各种高新技术产品对微型零部件的需求量与日俱增,这给制造技术带来了一定的挑战。微塑性成形技术以其高效率等特点在微型零部件的批量制造过程中具有重要意义,然而微塑性成形技术由于加工工件尺度缩小所产生的尺... 详细信息

随着科学技术不断发展,各种高新技术产品对微型零部件的需求量与日俱增,这给制造技术带来了一定的挑战。微塑性成形技术以其高效率等特点在微型零部件的批量制造过程中具有重要意义,然而微塑性成形技术由于加工工件尺度缩小所产生的尺度效应,需要采用新工艺方法及技术设备。在塑性成形过程中加载超声振动,能够降低工件材料成形抗力,减小工件与模具之间的界面摩擦力,一定程度上可以改善微塑性成形工艺过程。然而,当前超声振动在成形过程中的实际作用机理尚不清晰,没有统一的科学理论支撑工程实践。针对上述问题,本文在超声辅助成形系统开发的基础上对超声辅助成形工艺过程进行了研究。首先,分析了超声辅助成形工艺特点对成形设备的需求,确立了超声辅助成形系统的设计要点以及主要性能参数。通过建立成形系统机械结构有限元模型,分析其在外部载荷下的静态变形特性;使用有限元软件分析了变幅杆机械结构模态以及放大系数,优化并设计了超声变幅杆。设计和构建了控制系统,使用Visual Basic语言编写上位机控制软件,实现所需控制功能。针对系统的静态特性以及动态特性进行相关测试与分析,验证了系统在高频振动条件下的工作性能。开展了超声辅助紫铜压缩成形实验。分别在压缩过程中加载不同振幅超声,研究超声振幅对压缩成形的影响,结果表明成形力降低程度与超声振幅呈正相关;分别在压缩过程加载50%P振幅超声不同时间,研究不同加载时间对压缩成形的影响,结果表明加载时间不会显著改变成形力降低程度。分析压缩成形试件的形状变化情况以及表面粗糙度的变化情况,得到超声辅助压缩成形过程试件质量的变化规律,结果表明当振幅大于60%P时试件端面剧烈变形,而在45%P～50%P范围内端面表面质量最好。开展超声辅助压缩成形过程有限元仿真。结合无振动条件下紫铜压缩实验数据,拟合得到界面摩擦系数和紫铜塑性硬化参数。仿真不同振幅和频率条件下超声辅助压缩成形过程并提取相关成形力和变形量数据,通过比较不同条件下成形力以及成形量的变化,探索了超声辅助压缩成形过程的成形力降低的原因,揭示了高频振动条件下弹性体模具吸收的振动能量对超声辅助压缩成形过程的声学软化的作用规律。

关键词：超声辅助成形机械结构设计伺服控制超声振动模块设计声学软化有限元仿真

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纳米晶Ni(Co)合金箔材微阵列超声辅助成形与尺寸效应研究

纳米晶Ni(Co)合金箔材微阵列超声辅助成形与尺寸效应研究

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作者：赵相禹哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近些年,人们对纳米材料、微机电体系以及超声辅助的探索越来越广泛,本文旨在用超声辅助成形的方法对电沉积制备的纳米晶镍钴合金箔材进行微阵列成形,研究其成形性能,并对纳米晶镍钴合金箔材室温微拉伸中存在的尺寸效应以及高温性能进行... 详细信息

近些年,人们对纳米材料、微机电体系以及超声辅助的探索越来越广泛,本文旨在用超声辅助成形的方法对电沉积制备的纳米晶镍钴合金箔材进行微阵列成形,研究其成形性能,并对纳米晶镍钴合金箔材室温微拉伸中存在的尺寸效应以及高温性能进行研究。通过电沉积法获得纳米晶镍钴合金箔材,对其结构以及力学性能进行研究。借助SEM对箔材进行检测,发现箔材平整致密;利用能谱分析,得知箔材表面的镍钴两种元素分散的比较均匀,镍元素的含量为97.52%,钴元素的含量为2.47%;利用XRD对箔材的结构进行分析发现本实验制备的箔材为简单面心立方结构,并利用谢乐公式对其晶粒尺寸进行计算为30至50纳米之间;利用TEM对其进行检测,测定其晶粒尺寸约为40纳米;利用纳米压痕仪对其硬度进行分析,测得硬度为4.724GPa。利用调节电沉积的时间长短能够得到多种厚度的箔材,在三种情况下做室温微拉伸,分别研究箔材的厚度、晶粒尺寸和微拉伸的应变速率对箔材力学性能的影响,得出箔材的抗拉强度随箔材厚度的变化不大,箔材的延伸率随箔材的厚度增加而增加,最大延伸率达到了11.67%,箔材的抗拉强度以及延伸率均随着材料的热处理温度的升高即晶粒尺寸的变大而减小。箔材的抗拉强度以及延伸率随着本实验所选定的应变速率的增大出现了先增大后减小的现象。利用高温拉伸实验研究了箔材的高温力学性能,箔材在500℃以应变速率为1.11×10-3s-1时箔材的塑性达到最佳,最佳延伸率为366%。刚性凸模微阵列成形件在500℃、箔材厚度120μm、超声振幅加载为20.85μm时,成形质量最佳,两种凸模直径下的高径比分别为0.4875和0.425;软凸模微阵列成形件的高径比随着箔材厚度、超声振幅以及凹模直径的增加而增加,在500℃、箔材厚度120μm、超声振幅加载为20.85μm、凹模直径0.8mm时,微阵列件最大高径比为0.47。

关键词：电沉积超声辅助成形纳米晶镍钴合金箔材微阵列成形

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不锈钢及非晶合金薄板超声辅助微冲裁

不锈钢及非晶合金薄板超声辅助微冲裁

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作者：孙飞深圳大学

学位级别：硕士

随着产品向微型化方向的进一步发展,各行各业对高精度高质量小微零件产品的需求正在日益增加。在微冲裁件制造领域,传统的机械成形方式由于微小模具加工成本较高,以及凸、凹模精确对中较困难等问题的存在,其生产与应用一直受到限制。本... 详细信息

随着产品向微型化方向的进一步发展,各行各业对高精度高质量小微零件产品的需求正在日益增加。在微冲裁件制造领域,传统的机械成形方式由于微小模具加工成本较高,以及凸、凹模精确对中较困难等问题的存在,其生产与应用一直受到限制。本文提出了一种新型的冲裁成形方法——金属薄板超声辅助微冲裁(Ultrasonic Assisted Micro-shear Punching,简称UMSP),引入超声振动并以粘性介质代替刚性冲头,避免对中问题,能加工微观到宏观尺度的各种异形孔。本文利用UMSP方法对X10CrNi18-8不锈钢(德国DIN标准进口不锈钢)和非晶合金进行微冲裁实验探究。本文的主要工作包括:(1)使用20?m不锈钢薄板制备了制件尺寸分别为Φ300?m、Φ500?m、Φ750?m单孔冲裁件和3x3-Φ300?m的圆孔阵列件。对不锈钢薄板进行微冲裁实验,利用冷镶嵌的方法制作了其典型成形过程形貌;观测了UMSP方法冲裁制件的断面形貌,实验结果表明,由于材料为冷轧态呈现各向异性,因而在平行于轧制方向、垂直于轧制方向以及两者之间的断面分别呈现出不同的断面特征。此外,还研究了超声对材料的软化作用,结果表明施加超声后冲裁力减小了20%;(2)使用厚度为25?m的FeSB条带制备了尺寸为Φ300?m-Φ750?m的微圆孔制件和一系列微观至宏观尺度的异形孔冲裁件。将UMSP方法应用于非晶材料,结果表明直径为Φ300?m、Φ400?m、Φ500?m、Φ600?m、Φ750?m的圆孔只需要在冲头压力分别为95 MPa、86 MPa、64 MPa、57 MPa和40 MPa时即可在极短的时间(0.05s)低应力成形,这是由于超声振动的存在使成非晶合金产生局部软化,从而使非晶合金能够完成低应力成形。又将该方法应用于LaAlNi、LaAlNiCuCo、AlNiLa、FeSiB和CuZr等5种非晶合金,在低应力条件制备了多个异形孔冲裁件,进一步验证了本方法对于非晶合金冲裁成形的广泛适用性。

关键词：微冲裁超声辅助成形柔性冲头非晶合金 X10CrNi18-8不锈钢

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