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现今,微纳米科学与技术的迅猛发展,使得微制造业迅速崛起,微器件在人们的生活、工作、研究等领域中广泛地被关注和使用。金属薄板微成形技术成为研究的热点。 本文对激光间接冲击金属薄板微成形进行研究,利用微细电火花加工工艺制造尺寸精度非常高的微成形模具,搭建了激光驱动飞片间接微成形和激光冲击软模间接微成形实验平台,在此基础上系统探究两种工艺的成形性能且分析激光对其影响的规律。本文主要的研究工作和成果如下: 首先,阐述了激光冲击波的力效应机理,冲击波压力峰值的计算方法,分析了两种工艺的加载特性,探究了激光加载的应变率、材料的屈服条件以及应变速率效应。 然后,分别开展了激光驱动飞片和激光冲击软模间接微成形实验研究,使用KEYENCE VHX-1000C、Axio CSM700以及TriboIndenter纳米压痕仪等检测设备对飞片性能和试样的贴模性、厚度减薄率、表面粗糙度、成形深度、纳米硬度等成形性能进行了表征。 在激光驱动飞片间接微成形实验中,通过厚度为20μm的钛箔飞片加载厚度为35μm钛箔试样开展了微成形实验,研究了激光能量对飞片的性能以及试样的贴模性、厚度减薄率、表面粗糙度的影响。实验结果表明,飞片始终能够保持较好的完整性,能够提供均匀冲击压力,为试样均匀变形提供保障;当激光能量合适时,试样与模具贴合较好,较好地复制出模具特征,试样具有良好的贴模性;试样厚度减薄率最大值为19.8%,最小值为2%,能够很好改善在高应变率成形过程中出现厚度减薄率过大现象;试样材料经过激光冲击后表面粗糙度Ra的值变大。 在激光冲击软模间接微成形中,利用聚氨酯作为加载媒介完成了厚度20μm的铝箔的微成形实验,研究了激光能量对试样的成形深度、贴模性、厚度减薄率、表面粗糙度以及纳米硬度等成形性能的影响。实验结果发现,利用软模作为加载媒介能够很好的保护试样,使得试样具有很好的表面质量和高的光洁度,且具有很好的成形轮廓;激光冲击软模加载成形技术,可以为试样变形提供均匀的冲击力,使得试样材料变形均匀,有利于提高试样的成形精度;通过对成形试样的厚度减薄率进行表征,发现试样圆角处厚度减薄率最大,其值为24.2%;激光冲击软模间接微成形工艺的高应变等优点,试样材料的纳米硬度得到提高,材料的机械性能得到强化。 最后基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件平台对激光驱动飞片间接微成形和激光冲击软模间接微成形进行了数值模拟,采用Johnson-Cook和Mooney-Rivlin本构模型分别模拟了金属飞片、试样和聚氨酯软模动态响应行为,并讨论了两种工艺下的试样的成形精度、位移场、应力场以及厚度减薄率。结果表明,上述材料模型可以很好的预测试样的动态响应行为。对激光间接冲击微成形的实验测量结果和数值模拟结果进行对比研究,可以发现两者吻合度较高,数值模拟具有很高正确性以及可靠性。 激光间接冲击金属薄板微成形是一种新型的微细加工技术,本文较为系统和全面的研究了该工艺的成形性能。本文的研究为推动激光间接冲击金属薄板微成形的工程实际应用奠定了一定的基础。