激光驱动复合飞片微拉深成形研究

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随着微机电和微系统技术的迅速发展,微型化产品成为制造业的一种发展趋势,微零件的制造技术面临着更高要求,传统精密微加工技术难以满足批量化生产要求。近年来基于传统塑性成形的微塑性成形工艺因其在批量生产方面的优势得到了广泛应用,但是微塑性加工存在制造成本较高,工艺相对复杂,难以完成一些高硬度、高脆性等难成形材料加工等问题,限制了其在工业生产中的应用,因此探寻新的微成形加工工艺和方法成为国内外学者研究的热点。   本文在国家自然基金强脉冲激光驱动飞片加载金属箔板微成形基础研究项目支持下,开展了激光驱动复合飞片微拉深成形研究。论文首先对激光驱动复合飞片微拉深理论进行了探讨,主要包括激光与物质的相互作用、激光诱导等离子体产生冲击波原理、激光驱动飞片过程、飞片加载工件速度模型、激光冲击波压力计算、复合飞片中的阻抗失配效应以及冲击载荷作用下材料的动态响应等内容。   其次,利用Spitlight2000型Nd∶YAG激光器进行了激光驱动复合飞片微拉深成形实验。实验过程中利用PVDF压电传感器测量了复合飞片靶和单层飞片靶的冲击波压力,测量结果显示相同条件下使用复合飞片靶作用在工件后表面的冲击波压力约为单层飞片靶的2倍。利用KEYENCEVHX-1000超景深三维显微镜对成形工件进行了观察,对工件形貌进行了分析,采用复合飞片靶时工件形貌更均匀对称,具有良好的成形质量。实验探讨了复合飞片靶中不同厚度隔热层对工件成形性能的影响,结果表明隔热层存在最佳厚度以满足该技术对成形能力和成形质量的要求;同时研究了激光能量、约束层厚度、工件厚度等因素对成形性能的影响,并对影响原因进行了理论分析,论文还对应力波作用下失效工件的层裂现象进行了分析。实验结果表明,与当前广泛采用的激光驱动单层飞片成形工艺相比,激光驱动复合飞片微拉深成形工件具有更好的成形能力和成形质量。   最后,结合冲击载荷作用机理和工件动态响应过程,以ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件为平台,利用FEM(FiniteElementMethod)方法对工件的微拉深成形过程进行了数值模拟,对实验测量值和模拟结果进行对比研究,分析了不同激光能量和工件厚度的数值模拟结果,为优化工艺参数提供了依据。   作为一种新型微塑性成形技术,激光驱动复合飞片微拉深技术具有较高的研究价值和良好的应用前景,本文研究为小能量脉冲激光微拉深成形的工程应用提供了技术基础。
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