金属薄板微成形技术的研究进展.docx

金属薄板微成形技术的研究进展 3(哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院 , 哈尔滨150001)单德彬郭斌周健摘 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 : 100722012 (2007) 0320093207目前 , 在金属薄板的微成形方面 , 主要进行薄板的微拉深 、增量成形 、微冲裁和微弯曲等微冲压 方法的研究 。本文就目前国内外金属薄板微成形技术的研究状况 , 对各种微冲压工艺 、设备与模具及 数值模拟等方面的研究成果进行系统的综述 , 并简单介绍作者在薄板的微拉深成形研究中的一些成果 。引言随着微机电系统 ( micro elect ro mec ha nical sys2t e m , M EM S) 的飞 速 发 展 和 逐 步 进 入 实 用 化 , 对 微型零件的需求量也越来越大 。微塑性成形技术以 其工艺简单 、高生产效率 、低成本 、成形件强度高 等优点 , 成为微机电系统零件规模化生产的关键技 术之一 。微塑性成形技术是指利用塑性变形的方法 生产至少在二维方向上尺寸处于亚毫米量级零件的 技术 。由于薄板的微 成形 件 广泛 应用 于电 子 和 IC 产 业 , 薄板的微成形技术已经成为塑性成形领域的研 究热点 , 在近年的 IC T P 和 S H EM E T 等国际会 议 上都有单独的专题对之进行报道 。许多世界工业发 达国家 , 如日本和德国对薄板的微成形技术进行了 很多的理论和应 用研 究 , 部 分 成果 已经 进入 实 用 。 图 1 是用于电视机电子枪的微杯形件[ 1～4 ] 。在国内 ,薄板微成形技术的研究才刚刚开始 。1 薄板微成形技术研究现状与传统的冲压成形工艺相比 , 虽然成形过程相同 , 但微成形并不是传统冲压成形的简单几何缩小 ,成形零件的尺寸越小 , 制造就越困难[ 5～9 ] 。1) 零件尺寸越小 , 表面积与体积之比越大 , 这 会影响到温度条件 ;2) 零件尺寸越小 , 工模具之间的粘附力和表面 张力的影响越大 ;3) 晶粒尺度的影响很显著 , 不能再像传统成形 下那样 , 看成是各向同性的均匀连续体 ;4) 很高的应变速率会影响到材料的塑性性能和 微观组织 , 特别是晶粒尺寸与典型的工件尺寸 , 诸如圆角半径或板厚相当时 ;5) 零件尺寸越小 , 闭式的润滑坑面积占总润滑 面积的比例越小 , 工件表面存储润滑剂就越困难 。 以上这些所谓的 “尺寸效应”使得不能把传统的冲压工艺直接转化为微冲压工艺 。11 1微拉深成形的研究拉深工艺可以制成筒形 、阶梯形 、球形 、盒形 和其他不规则形状的薄壁零件 。如果与其他冲压成 形工艺配合 , 还可能制造形状更为复杂的零件 。因 此 , 在薄板的微成形中 , 微拉深工艺较之其他工艺 更为突出 , 研究成果也最多 。图 2 是日本的 Sao to me 等研制的专用于极薄板 材或厚度小于 01 05 mm 的金属箔的微拉深实验设备图 1 用于电视机电子枪的微拉深杯 [ 2 ]Fig1 1 Micro drawi ng cup s fo r elect ro n guns of TV set s3 教 育 部 新 世 纪 优 秀 人 才 基 金 资 助 项 目 ( N C E ; 黑龙江省杰出青年科学基金项目 (J C205211) 。 单德彬E2mail : Sha ndb @hit1 edu1 cn作者简介 : 单德彬 ,男 ,1967 年生 ,哈尔滨工业大学 ,教授 收稿日期 : 2006207225 ; 修订日期 : 200620920894塑性工程学报第 14 卷的示意图 。在该设备中 , 冲头由一台直流伺服电动机和直线式滚珠 丝杠 驱 动 , 冲 头行 程由 微机 控 制 ,冲头的顶端可用 CCD 摄像机通过模具孔观察 ; 模具 放在精确定位的平台上 , 冲头与模具的同轴度可以 通过图象观测 , 移动 X2Y 平台来调整 ; 试样与模具 的同轴度通过一架 CCD 摄像机来调整 ; 压边力是由 一个直流伺服电动机和驱动的杆状机构施加的 , 力 的大小用载荷元件检测 ; 冲裁力和行程则由微机控 制 。采用此微拉深系统 , Sao to me 通过拉深实验研 究了厚度小 于