超聲能場(chǎng)在金屬微-介觀成形中的作用理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、產(chǎn)品微型化和集成化的發(fā)展趨勢(shì)，極大地增加了對(duì)微小型金屬零件和微/介觀制造技術(shù)的需求。微/介觀金屬成形技術(shù)為微小型金屬零件的大批量、高效率的制造提供了解決方案。然而，將傳統(tǒng)金屬成形技術(shù)縮小至微/介觀尺度所帶來(lái)的尺度效應(yīng)導(dǎo)致了金屬成形性下降和工件表面質(zhì)量下降等問(wèn)題，制約了微/介觀成形技術(shù)的發(fā)展。利用超聲振動(dòng)在金屬成形過(guò)程中所具備的體積效應(yīng)和表面效應(yīng)，在微/介觀成形中施加超聲振動(dòng)有望解決上述問(wèn)題。為此，本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編

2、號(hào):50930005）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào):50775203）以及美國(guó)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):CMMI-0800353)，采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方式，開(kāi)展了超聲振動(dòng)在金屬微/介觀成形中的作用機(jī)理及超聲輔助金屬微/介觀成形的制造工藝研究。
　　第一章闡述了本論文研究的背景與意義，結(jié)合相關(guān)研究的國(guó)內(nèi)外研究綜述，提出了本論文的主要研究?jī)?nèi)容;第二章和第三章研究了超聲振動(dòng)的體積效應(yīng)，其中，第二章結(jié)合理論

3、和實(shí)驗(yàn)研究探索了超聲能場(chǎng)中的金屬聲軟化效應(yīng);第三章探索了超聲能場(chǎng)中的金屬聲殘余硬化效應(yīng)，并構(gòu)建了聲塑性理論模型;第四章和第五章研究了超聲振動(dòng)的表面效應(yīng)，其中，第四章研究了超聲振動(dòng)對(duì)金屬成形工件表面微觀形貌的影響機(jī)理;第五章研究了超聲振動(dòng)對(duì)于微/介觀鐓鍛成形中接觸摩擦的影響機(jī)理;第二章至第五章研究了超聲振動(dòng)對(duì)于固態(tài)金屬微/介觀成形的影響規(guī)律，第六章則研究了超聲振動(dòng)對(duì)于半固態(tài)金屬微/介觀成形的作用機(jī)理;基于第二章至第六章的機(jī)理研究，第七章研

4、制了分別用于固態(tài)金屬和半固態(tài)金屬的超聲輔助成形制造系統(tǒng)，并開(kāi)展了工藝實(shí)驗(yàn)研究;第八章對(duì)于全文的研究工作進(jìn)行了總結(jié)與展望。
　　本文研究的創(chuàng)新之處在于:
　　(1)在晶體塑性理論框架下，研究了超聲能場(chǎng)在熱激活過(guò)程和位錯(cuò)演化過(guò)程中的作用機(jī)理，進(jìn)而構(gòu)建了聲塑性理論模型，可準(zhǔn)確描述超聲輔助金屬成形中的聲軟化和聲殘余硬化的作用機(jī)制。
　　(2)系統(tǒng)研究了超聲振動(dòng)在金屬微/介觀成形中的體積效應(yīng)和表面效應(yīng)，并基于實(shí)驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)并識(shí)別了

5、超聲輔助金屬微/介觀成形中的金屬聲軟化效應(yīng)和聲殘余硬化效應(yīng)的耦合作用機(jī)制。
　　(3)基于聲軟化效應(yīng)理論，建立了超聲振動(dòng)對(duì)金屬表面微觀形貌以及接觸摩擦因子的影響理論模型，提出了超聲處理后的表面粗糙度預(yù)測(cè)方法以及鐓鍛成形實(shí)驗(yàn)中摩擦因子的估算方法。
　　(4)針對(duì)半固態(tài)金屬微/介觀成形中存在的尺度效應(yīng)及充型缺陷問(wèn)題，將超聲振動(dòng)引入半固態(tài)金屬微/介觀成形工藝中，提出了一種超聲輔助半固態(tài)金屬微/介觀成形新工藝，并研制了制造系統(tǒng)，進(jìn)行

6、了工藝實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用研究。
　　研究結(jié)果表明將超聲能場(chǎng)引入金屬微/介觀成形和半固態(tài)金屬微/介觀成形工藝中，能夠降低成形載荷，改善特征結(jié)構(gòu)成形效果，也能夠改善工件表面質(zhì)量，降低界面摩擦阻力，從而可在體積因素和表面因素兩方面有效克服微/介觀尺度效應(yīng)引起的不利影響。本文提出的超聲輔助半固態(tài)金屬微/介觀成形技術(shù)為微細(xì)零件的工業(yè)化制造提供了新方法。研究成果對(duì)于深入探索超聲振動(dòng)在金屬材料中的作用機(jī)制以及超聲輔助金屬微/介觀成形制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)等