《強脈衝雷射驅動飛片載入金屬箔板微成形基礎研究》是依託江蘇大學，由王霄擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：強脈衝雷射驅動飛片載入金屬箔板微成形基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王霄
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對低成本高效批量生產微構件的需求，提出一種利用強脈衝雷射驅動飛片載入金屬箔板在微凹模具內微成形的新方法。結合理論與實驗研究雷射驅動飛片超快動高壓載入機理；研究飛片高速碰撞金屬箔板的塑性變形動力學模型，研究飛片載入工件在高壓高應變率下的金屬箔板塑性形變規律；研究飛片載入金屬箔板高應變率塑性變形的材料微觀結構特徵；自編微尺度SPH無格線數值分析程式，研究材料的成形行為與尺度效應；構建微成形工藝試驗平台，採用DOE方法進行實驗規劃與研究微成形性能與雷射、飛片、工件以及模具間的關係。新微成形方法具有的超快變形與極高的應變率，在一定程度上能夠克服傳統微成形中尺度效應對成形的影響，使工件成形能力得以提高，能夠成形常規方法難以加工的材料，拓寬了微成形材料範圍，且單次脈衝就能實現大面積高效微構件的直接成形。本研究將對高壓高應變率形變理論的發展具有重要理論意義，並對微構件的工程化製造提供理論支撐。
結題摘要
針對低成本高效批量生產微構件難題，本項目提出一種利用強脈衝雷射驅動飛片載入金屬箔板在微凹模具內微成形的新方法。研究了飛片的結構形式、材料特性對微成形效果的影響，建立了合理的飛片結構規範。研究了雷射驅動飛片載入的力學原理，建立了雷射驅動飛片載入的運動學模型與雷射驅動飛片極限速度，揭示雷射驅動飛片載入機理。建立了飛片高速碰撞靶材工件壓力模型，並對飛片高速碰撞靶材工件塑性變形機理進行了研究。構建了雷射驅動飛片衝擊波壓力測量系統，為有效地控制雷射能量與成形質量奠定基礎。 通過微成形實驗對雷射驅動飛片載入金屬箔板的微成形規律進行了深入系統的探討。微成形實驗研究發現，雷射驅動飛片技術可以實現微脹形、微壓印、微彎曲和微沖裁工藝。通過對微成形件表面形貌和表面粗糙度的測量，發現工件具有良好的成形質量; 通過對微沖裁件斷面的SEM測量，發現其斷面光滑，毛刺較少; 結合複合模具，可以在單脈衝雷射作用下同時實現微成形和微沖裁工藝，從而可以直接製造出微零件，並成功直接製造出微齒輪和微帽形零件。 利用商業有限元分析軟體與自主開發的基於SPH無格線方法的高速衝擊動力學數值分析程式對微成形規律進行了深入探索，揭示了微成形過程中材料的動態回響規律與雷射驅動飛片作用下材料的變形機制，其研究對於研究與揭示材料在瞬變、動載荷作用下運動、變形和破壞規律有著重要的理論研究意義與實際套用價值。 利用納米壓痕技術對微零件的硬度和彈性模量等力學性能進行了表征，發現與解釋了材料在不同的工藝參數下出現了納米硬化和軟化兩個現象，利用透射電子顯微鏡(TEM)對成形後的成形件微觀組織演變情況進行了觀察與分析。TEM實驗結果表明在飛片的高速載入作用下材料內部組織晶粒超細化，其達到納米級別，在晶粒內部還存在一些納米孿晶片層，其尺寸只有幾個到十幾納米。另外，隨著雷射能量的增加，形變孿晶超細化機制導致微成件的納米硬化，當雷射能量達到某一臨界值時，動態再結晶超細化機制就會代替形變孿晶超細化機制，從而產生了微成件的納米軟化，納米軟化會導致微成形件的斷裂。 新微成形方法具有的超快變形與極高的應變率，使工件成形能力得以提高，拓寬了微成形材料範圍，且單次脈衝就能實現微零件的直接成形，對微零件的工程化製造提供了理論支撐。
