《超聲振動輔助金屬箔板微沖裁成形機理與斷面質量控制》是依託哈爾濱工業大學，由王春舉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超聲振動輔助金屬箔板微沖裁成形機理與斷面質量控制
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王春舉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬箔板微型構件是慣性導航等系統的核心構件之一，採用沖裁成形後再切削加工的方法，製造效率和成形件合格率均很低，嚴重製約了導航精度等系統性能的提高。為此，本項目提出超聲振動輔助箔板微沖裁成形新工藝，利用超聲振動塑性成形的Blaha效應和表面效應，抑制微沖裁剪下變形中的裂紋萌生與擴展，提升箔板塑性變形均勻性，降低接觸摩擦力，以提高微沖裁成形質量。開展超聲振動金屬箔板塑性變形性能和斷裂行為研究，基於晶體塑性理論和應力疊加原理，構建超聲振動下箔板材料本構模型；研究多約束作用下箔板微沖裁剪下變形規律，揭示箔板微沖裁剪下變形尺寸效應、裂紋萌生與擴展機理，探討超聲振動下接觸摩擦行為，探索箔板微型構件斷面質量控制方法；開展超聲振動輔助微沖裁成形工藝研究，揭示超聲振動輔助金屬箔板微沖裁成形機理，實現高質量箔板微型構件的精密一次成形，促進其在實際生產中的廣泛套用，具有重要的實用價值和科學意義。
結題摘要
本項目針對慣性導航系統中的金屬箔板微型構件製造瓶頸問題，提出了超聲振動輔助箔板微沖裁成形新工藝。使用機電轉換係數高的PZT-8壓電陶瓷夾心式超聲換能器，最佳化設計了超聲振子和超聲驅動電源，研製了箔板超聲振動微拉伸實驗裝置開展實驗研究。結果表明，施加超聲振動後，出現了材料流動應力降低的Blaha效應；振幅越大，屈服強度降低越明顯；硬化指數增加，表明均勻塑性變形量增加；板厚越小，流動應力降低越大，出現了Blaha效應與尺寸效應的耦合作用；抗拉強度降低，斷口中心區域的韌窩數量明顯增多。從位錯吸收超聲振動能量角度，基於晶體塑性理論、考慮超聲能量和應力疊加效應構建了材料軟化本構模型，開展了超聲振動輔助微沖裁過程數值模擬，揭示了超聲振動抑制裂紋萌生、提高斷面質量的作用機理。為了提高能量傳遞效率，最佳化設計了振子-沖頭一體化的振子，研製了超聲振動輔助微沖裁模具開展實驗研究。結果表明，施加潤滑劑後表面粗糙度從Ra0.101降低到了Ra0.006μm；超聲振動使裂紋萌生從厚度的48.1%延緩至59.1%、撕裂帶角度從18°減小到9°；EBSD分析表明，晶體取向更集中，小角度取向差比例減小，而大角度差比例增加，說明不利取向晶粒也參與了塑性變形。提出了超聲振動-背壓微沖裁工藝新方法，開展了導電環、微靶薄壁遮光圓環等微沖裁工藝研究，在超聲振動振幅1.66 µm、頻率36.1kHz，沖裁速度1mm/s等條件下，沖裁成形的最小特種結構尺寸為0.3mm，尺寸誤差最大為2μm，光亮帶比例95.32%，毛刺僅為2.93μm，滿足了慣導系統、慣性約束聚變微靶系統等微系統的需求。 發表學術論文9篇，其中M&D等SCI高影響因子期刊論文8篇，申請國家發明專利6項，其中已經授權3項，培養研究生11名，參加國內外學術會議8次，其中邀請報告2次，獲得最佳學術報告2次。 總之，本項目圓滿完成了任務書規定的研究內容，實現了研究目標。
