论文部分内容阅读
机电产品的微型化使得对微小结构件的需求越来越突出,相关产品不断更新换代,极大地推动了微机电系统产业的快速发展,同时对微细加工技术提出了更高要求,以期实现高质量、高精度微细结构件的批量制造。然而,目前已有微塑性加工技术存在较多局限性,由于尺度效应的影响,工件材料的成形能力受限,难以胜任如金属箔材、高脆性及难成形材料的微细成形,因此在不断改进传统微塑性加工工艺的同时,亟需发展新的微成形工艺方法。本文在激光冲击微成形技术的基础上,结合材料的温热成形工艺特性,开展了温度辅助的激光冲击微成形研究,主要工作如下: (1)探讨温度辅助的激光冲击微成形机理,其中涉及到激光与物质的相互作用,激光冲击波的产生机理,激光冲击波的压力模型及时空分布特性,金属箔材微细成形下的尺寸效应,温热及高应变率下材料的本构模型,温度辅助的激光冲击微成形的特殊工艺要求,为后续实验研究提供理论支撑及参考。 (2)设计与搭建温度辅助的激光冲击微成形实验平台,其中涉及温度辅助成形下吸收层与约束层材料的选取、实验系统的激光光路设置、微拉深及仿形成形工艺下微凹模具的设计,利用Spitlight2000型Nd∶YAG脉冲激光器及自行设计的温控装置,对铜箔材开展基于圆孔微模具的激光冲击微拉深成形实验研究,获得典型的激光冲击微拉深成形球状微细结构件,利用KEYENCE VHX-1000超景深三维显微系统对成形试样进行测试,分析温度对微拉深件成形轮廓形状、成形高度及极限成形高度的影响特性;探究温热条件下成形件的厚度分布情况,并进一步分析微拉深成形下工件发生破坏的断裂形式。 (3)为了实现激光冲击受控微成形,开展基于球冠形微凹模的温度辅助激光冲击仿形实验研究,分析温度对成形件回弹的影响;利用原位纳米力学测试系统对温热条件下微凹模激光冲击仿形件进行力学性能表征,在得到仿形成形试样表面纳米压痕测试的载荷-位移曲线的基础上,探究不同成形温度下微凹模仿形成形件表面纳米硬度和弹性模量的变化,并进一步分析仿形成形件不同成形区域的纳米硬度及弹性模量的分布规律。