T2紫铜薄板球冠阵列微结构胀形工艺研究

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近年来，金属薄板和薄壁零件大量应用在微电子和微机电系统产品中，对微型冲压件的需求量急剧增加。传统的塑性成形设备和工艺方法在微冲压件尺寸更小、结构更复杂、成形质量要求更高时已不能满足需要。随着数值模拟、辅助物理场、新设备、无模或软模成形等技术的发展应用，金属薄板微冲压技术得到快速深入的发展。本文旨在通过单向微拉伸实验获得 T2紫铜薄板力学性能参数，通过数值模拟分析优化工艺方案，采用微胀形工艺成形 T2紫铜薄板球冠阵列微结构件，并通过质量分析等获得最优工艺路线。
　　开展 T2紫铜薄板单向微拉伸实验，研究热处理温度、薄板厚度对其力学性能的影响规律。在350~750℃条件下对20~100μm板厚试样分别进行热处理，然后进行微拉伸实验，结果表明，随着热处理温度升高，T2紫铜薄板屈强比先减小后增大，550℃时薄板具有较高的均匀延伸率，塑性变形能力较强；随着板厚的增加，T2紫铜薄板屈强比不断减小，板厚100μm的 T2紫铜薄板在热处理温度550℃时均匀延伸率最大，塑性变形能力较强。
　　进行 T2紫铜薄板球冠阵列微结构件微胀形过程数值模拟，研究圆角半径、阵列形状、薄板厚度对微胀形过程影响规律。结果表明，凸凹模倒圆角R0.1可以减小应力集中和最大减薄量，提高塑性变形均匀性；球冠微结构阵列圆心距2.5 mm时，微胀形件球冠微结构阵列侧壁、交汇点、交汇边应力、应变值和板材减薄程度较小；随着板材厚度增加，微胀形件球冠微结构阵列侧壁、交汇点、交汇边处应力、应变值减小。所以对凸凹模加工球冠微结构阵列交汇点、交汇边采用倒圆角R0.1优化处理，微胀形件阵列圆心距采用2.5mm。
　　研究 T2紫铜薄板球冠阵列微结构件微胀形变形行为，分析热处理温度、薄板厚度对微胀形影响规律。结果表明，微胀形件侧壁减薄率最大，球冠微结构阵列交汇边减薄率小于阵列交汇点，中心球冠底部减薄率最小；随着热处理温度升高，微胀形件侧壁、球冠微结构阵列交汇点、交汇边、中心球冠底部减薄率先减小后增大，温度较高时壁厚减薄较小、分布较均匀，成形质量更高；随着板材厚度减小，微胀形件侧壁破裂越严重，成形质量降低；热处理温度为550℃、板厚100μm时微胀形件壁厚分布最均匀，成形质量最好；微胀形件侧壁凸模圆角处减薄最严重，热处理温度350℃时凸模圆角处最大减薄率达56.5%。
　　开展 T2紫铜薄板球冠阵列微结构件超声振动辅助微胀形实验，研究软模、振动保压时间、薄板厚度对微胀形影响规律。结果表明，超声振动辅助软模微胀形工艺成形球冠微结构阵列贴膜性更好，成形高度提高11.66%，壁厚分布更加均匀，板厚20μm、40μm微胀形件侧壁破裂情况得到改善，显著提高了 T2紫铜薄板的成形极限，质量明显优于传统微胀形工艺。微胀形件在热处理温度550℃、板厚100μm、振动保压时间80s时成形质量最好。

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作者
张志强;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科材料加工工程
授予学位硕士
导师姓名王春举;
年度 2017
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总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类薄板冲压;
关键词
T2紫铜薄板; 微胀形工艺; 数值模拟; 微阵列成形;

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