微塑性成形技术的研究进展_单德彬
金属微成形技术及其研究进展
金属微成形技术及其研究进展
魏航;孙友松
【期刊名称】《锻压装备与制造技术》
【年(卷),期】2005(040)005
【摘要】作为20世纪80年代后期所发展起来的一门新兴技术,微成形已经广泛应用到工业生产中.介绍了最近金属微成形理论方面的一些研究成果和若干主要的成形工艺,如尺寸效应、体积成形、板料成形等,并进一步指出了塑性微成形技术未来发展的主要方向.
【总页数】4页(P10-13)
【作者】魏航;孙友松
【作者单位】广东工业大学,广东,广州,510643;广东工业大学,广东,广州,510643【正文语种】中文
【中图分类】TG306
【相关文献】
1.金属微塑性成形中的尺度效应及其数值模拟技术 [J], 李雷;谢水生;米绪军;曹建国
2.金属微成形技术 [J], 黄锡峰
3.金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展 [J], 王华明
4.金属微通道结构UV-LIGA精密成形技术研究 [J], 吕辉;王仁彻;严战非;沈涛;杜立
群
5.金属薄板微成形技术的研究进展 [J], 单德彬;郭斌;周健
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微塑性成形技术的现状及研究进展
微塑性成形技术的现状及研究进展摘要：目前我国伴随科技的发展对微小型化的需求越来越大，这也促进了时代的进步和人民生活水平的提高。
微塑性成形技术占有很重要的地位。
文章主要介绍了微塑性成形技术的背景和意义，并综述了微塑性成形技术的尺度效应和摩擦尺度效应现象，阐明了其技术的研究领域。
关键词：微塑性成形；尺度效应；摩擦随着科技的飞速发展及人们对多功能电子产品小型化的需求，微细加工的技术迅速成为当前的研究和应用热点。
微塑性成形（Micro-forming）技术[1]，是指利用材料的塑性变形来生产至少在两维方向上尺寸处于几mm以下零件的技术。
这一技术继承了传统塑性加工技术的高生产率、最小或零材料损失、产品力学性能优秀和误差小的特点，可批量成形各种复杂形状的微小零件。
微制造技术的发展来源于产品微细化的要求，越来越多的用户希望随身用的多功能电子器件体积小型化、功能集成化[2]，而在医疗器械、传感器及电子器械等医疗、工业控制等行业也需要制造出更微小的零件[3]，以期得到更高的功能要求。
因此，微塑性成形技术有很强的在短时间内得到快速的发展。
一、微塑性成形的尺度效应在成形工艺中，描述材料变形行为的主要参数是流动应力和变形曲线（即应力应变变化关系），因为这些参数直接影响到成形力、工具载荷、局部变形行为以及充模情况等。
根据相似原理将标准样件等比缩小设计，进行的拉伸和镦粗试验表明：由于尺度效应的影响，随着样件尺度的减小，流动应力也呈现减小的趋势。
晶粒尺度对材料应力应变关系已经在宏观成形工艺中得到充分的研究，为了研究微细成形中特有的尺度效应现象，在这些试验中，不同尺度样件的晶粒尺度保持相同的，所以可以肯定实验中观测到的流动应力减小现象与晶粒尺度的变化无关，主要是由尺度微小化引起的。
对于流动应力减小的现象，通常可以用表面层模型解释对于流动应力减小的现象，通常可以用表面层模型解释，如图1所示。
表面层模型认为在小尺度的情况下，材料变形已经不符合各向同性连续体的变化规律，在小尺度情况下（根据晶粒尺度与制件局部变形尺度的比率判断），表面晶粒增多，表面层变厚。
复杂盘饼类锻件等温精密塑性成形数字化设计
１ ． 哈 尔滨飞机工业集团 工程技术部，黑龙江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ６ ０
２ ． 哈 尔滨工程大学 工程训 练中 ２ ２ ， 黑龙江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １ ３ ． 哈 尔滨工业大学 材料科学与工程学院，黑龙江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １ 摘 要 ：以铝合金环形座锻件为例 ， 采用数字化技术进行 了复杂盘饼类锻件等温精密成形工艺及模具的设计 ， 实现 了模 具设计制造 的一体化 ，提高了模具的设计质量 和加工精度 ，缩短了模具设计和制造 的周期 ，降低 了生产成本． 通过有限 元模拟和实验相结合 ， 分析 了复杂盘饼类锻件成形时的金属流动规律 ， 研究了成形方案对成形质量 的影 响， 并采用优化 工艺获得了尺寸精度高 、质量合格 的 ７ Ａ ０ ９ 铝合金复杂盘饼类锻件． 研究结果表明 ，采用反挤变形方式可以控制金属的 径向流动速度 ，能有效地防止复杂盘饼类 铝合金锻件的折叠缺陷．
ａ ｎ ｄ ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｍｏ ｕ ｌ ｄ ， ｅ ｎ ｈ ｎｃ ａ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｍｏ ｕ ｌ ｄ， ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｏ ｆ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｇ ｎｄ ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｍｏ ｕ ｌ ｄ ａ ｎｄ ｒ ｅ ｄ ｕｃ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｓ ｔ ．Ｂｙ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｎｇ ｉ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ
基于微塑性成形的微型零件批量制造技术
第14卷第1期功能材料与器件学报Vol 114,No 112008年2月JOURNAL OF F UNCTI O NAL MATER I A LS AND DE V I CESFeb .,2008文章编号:1007-4252(2008)01-0278-05收稿日期:2007-07-20; 修订日期:2007-09-22基金项目:国家863资助项目(No .2006AA04Z316,No .2006AA04Z331);黑龙江省杰出青年基金资助项目(No .JC -05-11);新世纪优秀人才基金(No .NCET -04-0322).作者简介:郭斌(1963-),男,博士,教授(E -mail:bguo@hit .edu .cn ).基于微塑性成形的微型零件批量制造技术郭斌,王春举,单德彬,周健(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001)摘要:针对微塑性成形工艺的特点,选择压电陶瓷作微驱动器,研制出微塑性成形专用设备,实现了在较小位移内获得较大输出载荷。
使用研制的设备开展微型零件成形工艺研究。
对微型齿轮件的成形质量进行分析表明,微型齿轮齿面光滑,表面质量好;在横截面上流线与齿轮轮廓一致,利于提高成形件的综合机械性能。
使用3003铝合金箔板研究了微型杯的拉深成形工艺,分析了工艺参数对微拉深成形的影响规律,成功的拉深出最小外径为1mm 的微型杯件。
以上结果表明,微塑性成形技术能够批量地成形出高质量的微型零件。
关键词:微塑性成形;微塑性成形专用设备;微型齿轮;微型杯中图分类号:TG306 文献标识码:AM i cro -parts ma ssi ve producti on technology ba sed on m i cro -for m i n gG UO B in,WANG Chun 2ju,SHAN De 2bin,ZHOU J ian(School of Materials Science and Engineering,Harbin 1500001,China )Abstract:Considering m icr o -for m ing characters,a s pecial m icr o -for m ing apparatus was devel oped u 2sing a PZT as actuat or,and a large l oad was obtained within a s mall dis p lace ment .W ith the apparatus,m icr o -for m ing p r ocesses of m icr o -parts were carried out .The analysis of for m ing quality was per 2f or med .The fact that the for med m icr o -gear owns s mooth t ooth surface shows that the surface quality is good .The fl ow lines are according t o the cont our of m icr o -gear,which is useful t o i m p r ove compositive mechanis m capability .The deep -dra wn p r ocesses of m icr o -cup were investigated with 3003A l all oy f oil,and the effects of for m ing para meters were analyzed .A m icr o -cup of 1mm in external dia meter was dra wn successfully .The results shown above indicate that m icr o -f or m ing p r ocess is suitable f or the mas 2sive p r oducti on of high quality m icr o -parts .Key words:M icr o -f or m ing;Special m icr o -f or m ing apparatus;M icr o -gear,M icr o -cup 微机电系统(M icr o electr o mechanics syste m s,ME MS )和微电子技术的迅速发展和应用,给微塑性成形技术的发展带来契机[1]。
基于Voronoi图理论的微体积成形数值建模及验证
基于Voronoi图理论的微体积成形数值建模及验证席道英; 郑伟【期刊名称】《《山东建筑大学学报》》【年(卷),期】2019(034)006【总页数】5页(P45-49)【关键词】Voronoi图理论; 数值模拟; 微成形; 尺寸效应; 晶粒取向【作者】席道英; 郑伟【作者单位】山东建筑大学工程力学研究所山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】TG3010 引言随着科学技术的快速发展，人们对微型零件的需求正逐渐增加，微塑性成形技术成为材料加工领域的研究热点。
微塑性成形技术是指通过材料发生一定的形变，制造出二维或三维方向上尺寸＜1 mm零件的技术[1-4]，具有高生产效率、性能好、误差小及无污染等优点。
微塑成形技术在微机械及微电子等领域具有十分重要的应用前景，近几十年在市场因素的推动下迅速发展成为材料加工领域的热点。
数值模拟方法是研究微塑性成形的主要手段之一，在生产工艺中，可以减少工艺设计的时间和降低生产成本。
目前提出的微塑性成形理论中的区域化模型不包含各种尺度参数，因此基于成形理论的数值模拟不能直接使用现有的有限元软件。
很多学者都基于实验数据推导本构关系及研究微塑性成形过程中的尺度效应现象，但缺少一些理论依据[5-6]。
彭林法[7]考虑了表面层模型理论的情况，将表面层晶粒看作单晶，从而改进了Hall-Petch公式，建立了一种复合材料区域化模型并实现了微塑性成形过程的数值模拟。
但在微尺度下，变形区域只有几个或十几个晶粒时，不能忽视单个晶粒取向对整个变形的影响，因此需要对整个材料模型进行晶粒化处理，以便更清晰地实现对微塑性成形过程的数值模拟分析。
常妍妍[8]在研究微成形工艺时引用一种新的数值模拟方法，将所用的多晶体材料看作由正六边形组成的晶粒，每个晶粒代表一个特殊作用的有限单元，其每个晶粒单元由晶粒边界单元连接，这些晶粒边界单元用来描述晶粒之间的剪切变形。
王广春等[9]将模型中的每个晶粒单元视为由6个节点组成，在具体的网格划分中将其分为2个四边形单元。
金属薄板微成形技术的研究进展
Vol 14 Jun
No 3 2007
金属薄板微成形技术的研究进展*
( 哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院, 哈尔滨
摘
150001)
单德彬
郭
斌
周
健
要 : 文章阐述了金属薄板微成形的基本概念和金属微成形中的尺寸效应 , 综述了微拉深、增量成形、微弯曲和
冲裁等薄板微成形技术的研究现状 , 并简单介绍了作者的研究成果 , 展望了薄板微成形技术的发展方向和趋势 。 关键词 : 微成形 ; 微拉深 ; 增量成形 ; 微弯曲 ; 微冲裁 中图分类号 : T G306 文献标识码 : A 文章编号 : 1007 2012 ( 2007) 03 0093 07
图 2 拉深系统示意 图[ 10] Fig 2 Schematic diag ram o f micro deep dr awing appar atus 图5 F ig 5 凸模圆角和压边力对拉深质量的影响 [ 11]
由于微拉深件的尺寸很小, 精度直接取决于模 具, 采用传统的加工方法已经不能满足尺寸精度和 表面粗糙度的要求。日本 Seki 公司采用离子磨削的 方法对冲头和凹模圆角进行磨削 , 可以很大程度地 提高模具的表面质量。图 3 是微拉深凹模圆角磨削 前后的对比图。采用此微拉深模具 ( 最小凸模直径 0 654mm, 凸 模 圆 角 半 径 0 1mm , 凹 模 直 径 0 7m m, 凹模圆角半径 0 15mm ) 上 , Seki 公司采 用 0 02mm 厚的铜箔 , 成形出了如图 4 所示的微拉
[ 5]
应态 和 退 火 态 的 CuZn37 板 材, 在 冲 头 直 径 为 8mm, 4mm , 2mm 和 1m m, 坯料和模具的几 何尺 寸因子为 1, 1/ 2, 1/ 4 和 1/ 8 条件下分别进行微拉 深成形实验。为了方便比较 , 实验将壁厚相对变化 率作为比较参数。结果表明 , 冲头速度对杯形件的 壁厚影响不大, 由于退火造成的晶粒尺寸和显微组 织变化在尺寸因子为 1/ 2, 1/ 4 和 1/ 8 时对杯形件的 壁厚变化的影响比为尺寸因子 1 时大的多, 在尺寸 因子较小时 , 原始态和退火态工件壁厚相对变化率 的最小 值的变 化在 5% ~ 8% , 而在尺 寸因子 为 1 时 , 变化只有 2% 。此外 , 还采用 ABAQUS 对微杯 拉深中成形件的平均温度和最大温 度进行了模拟。 模拟结果表明, 在低传导率和高冲头速度下, 拉深 杯的平均温度的最大值达 到了 100 # , 并且 不随冲 头速度或拉深杯尺寸的变化而改变。但在塑性应变 最大的部位 , 即拉深杯侧壁的上部会出现最高温度 , 杯径为 8mm 时达到 220 # , 而杯径为 1mm 时只有
塑性成形技术的研究现状和发展趋势
塑性成形技术的研究现状与发展趋势摘要：本文叙述了塑性成形技术的研究现状，介绍了现代塑性成形技术的发展趋势，提出了当代塑性成形技术的研究方向。
关键词：塑性成形模具技术研究现状发展趋势1引言塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点，已成为当今先进制造技术的重要发展方向。
据国际生产技术协会预测，21世纪，机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式实现。
工业部门的广泛需求为塑性成形新工艺新设备的发展提供了强大的原动力和空前的机遇。
金属及非金属材料的塑性成形过程都是在模具型腔中来完成的。
因此，模具工业已成为国民经济的重要基础工业。
新世纪，科学技术面临着巨大的变革。
通过与计算机的紧密结合，数控加工、激光成型、人工智能、材料科学和集成制造等一系列与塑性成形相关联的技术发展速度之快，学科领域交叉之广泛是过去任何时代无法比拟的，塑性成形新工艺和新设备不断地涌现，掌握塑性成形技术的现状和发展趋势，有助于及时研究、推广和应用高新技术，推动塑性成形技术的持续发展。
实施塑性成形技术的最终形式就是模具产品，而模具工业发展的关键是模具技术进步，模具技术又涉及到多学科的交叉。
模具作为一种高附加值产品和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。
2塑性成形的现状精密成形技术对于提高产品精度、缩短产品交货期、减少切削加工和降低生产成本均有着重要意义。
近10年来，精密成形技术都取得了突飞猛进的发展。
精冲技术、冷挤压技术、无飞边热模锻技术、温锻技术、超塑性成形技术、成形轧制、液态模锻、多向模锻技术发展很快。
例如电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达2μm，寿命达到1亿次以上。
集成电路引线框架的20~30工位的级进模，工位数最多已达160个。
自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具。
新型轿车的大尺寸覆盖件成形、大功率汽车的六拐曲轴成形。
材料成型论文-塑性成形新技术概况
塑性成形新技术概况摘要：文章介绍了当前塑性成形加工中的微成形、超塑成型、柔性加工、半固态加工等各种新技术，并分别阐述了各新技术的相关概念、特点、发展趋势等。
这些相关介绍及发展概况对理解塑性成形技术及推广和运用高新技术，推动塑性成形的进一步发展具有一定参考意义。
关键词：塑性成形；新技术；发展概况The Overview About Plastic forming technologyAbstract：The paper introduces all kinds of new technology such as Micro Molding ,Sup-erplastic Forming Technology ,Flexible Machining, Semi-Solid Processing in the plastic for -ming process nowadays and expounds the new technology’s related concepts ,characteristic s ,development tendency and so on.The related introduction and development situation has certain reference significance for understanding the plastic forming technology and promo-ting and using the advanced technology, promoting the further development of Plastic For-ming.Keywords:Plastic forming; The new technology; Development situation1 引言塑性成形就是利用材料的塑性，在工具及模具的外力作用下来加工制件的少切削或无切削的工艺方法。
精密微塑性成形系统的研制
精密微塑性成形系统的研制王春举;曲东升;周健;单德彬;郭斌;孙立宁【期刊名称】《锻压技术》【年(卷),期】2005(30)3【摘要】随着微型零件尺寸的减小,对成形设备提出了更高要求,传统的塑性成形设备难以在小行程下实现载荷和位移的精确控制。
针对微成形的特点研制了精密微塑性成形系统,设计了宏动/微动相结合的驱动系统,微动部分使用压电陶瓷作为驱动器,宏动部分采用精密丝杠旋钮来实现,借助数据采集系统进行数据的实时采集和处理,使用成形工艺控制器对微成形过程进行精确控制,该系统可以对模具进行加热以实现等温成形,由温度PID控制器控制。
使用该精密微塑性成形系统进行了微成形试验,所成形的微型齿轮零件质量良好。
【总页数】4页(P56-59)【关键词】成形系统;微塑性;研制;数据采集系统;PID控制器;成形设备;精确控制;零件尺寸;驱动系统;压电陶瓷;精密丝杠;实时采集;成形过程;成形工艺;等温成形;成形试验;零件质量;微型齿轮;微成形;驱动器;行数据;微动;模具【作者】王春举;曲东升;周健;单德彬;郭斌;孙立宁【作者单位】哈尔滨工业大学材料科学与工程学院;哈尔滨工业大学机器人研究所【正文语种】中文【中图分类】TG376.9;TG142.71【相关文献】1.浅谈精密微塑性成形技术的现状及发展趋势 [J], 王清泉2.汽车件的精密塑性成形工艺与疲劳寿命智能分析系统 [J], 徐虹;贾树盛;崔波3.微型齿轮精密微塑性成形工艺研究 [J], 单德彬;王春举;周健;郭斌4.超声振动辅助微塑性成形系统设计与开发 [J], 李广;周天丰;梁志强;白亚群;王西彬5.精密微塑性成形技术的现状和发展趋势 [J], 单德彬;袁林;郭斌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
关于硬铝合金LY12加工变形问题的探究
关于硬铝合金LY12加工变形问题的探究摘要L Y12为铝-铜-镁系中的典型硬铝合金，其成分比较合理，综合性能较好，因此，在工业生产中得到广泛应用。
近几年来，超塑性成型技术已经成为一种很有前途的成型工艺，当温度一定时，L Y12铝合金在一个较为宽泛的应变速率范围内得到不同程度的均匀变形。
由于LY12铝合金做为一种能够进行热处理工艺的材料，研究其超塑性具有重要的现实意义。
本文通过试验对硬铝合金LY12板材的超塑性以及变形机制进行研究，从而为其超塑成型提供一定的借鉴。
关键词硬铝合金；L Y12；超塑性；变形；研究长期以来，在工业生产中经常使用一些比较难加工的材料，一般情况下，这些材料的塑造性都比较低，不容易发生变形，难以满足工业生产的要求。
超塑性是指在一定内外部环境下变形时所表现出的异常高的塑性现象，通过大量的实践以及试验表明，超塑性的材料中需要细晶组织，对于供应状态的合金组织不容易发生超塑性。
因此，在进行超塑变形前，需要对该合金材料进行超塑预处理，从而达到超塑性变形处理的条件。
1试验材料以及方法根据超塑性变形所需要细晶的处理原理，提高硬铝合金L Y12的超塑性关键在于是如何获得该合金中的细晶组织。
通过不断的实验，最终提出以下硬铝合金LY12的超塑预处理工艺：首先，热轧温度为（410～450）℃，变形量为（45～75）%，冷轧的变形量为（55～75）%；其次，轧制后的板材厚度为1.23mm，根据金属材料在高温拉伸实验法的标准，将硬铝合金L Y12板材轧制成下图1所示的拉伸试样；最后，将其进行快速加热，高温适当时保温（460～475）℃，水淬，且循环两次，后进行稳定化退火。
该处理工艺过程就是晶粒细化处理工艺，通过此种方法，硬铝合金L Y12能够获得尺寸小于10μm的细晶组织。
图1硬铝合金L Y12超塑拉伸试样拉伸试验采用恒载实验，观察试样身长量与时间之间的关系，并且通过探索性的试验，从中找出符合应变速率所对应的载荷量，当确定载荷量之后，对其不再改变，一直到试样被拉断。