单通道箔板电磁微成形实验研究
目前微产品在纳米技术开发中的运用越来越广泛，由于零件的体积小，模具加工成本和加工难度加大，材料的性能变化也有所不同。电磁成形技术是利用金属在强脉冲磁场中受到的电磁力使金属箔板发生塑性变形的一种加工方法，可以大幅度提升材料的延展性和成形极限，成形零件具有质量好、切割精度高、结构简单工艺过程可实现机械自动化等特点。首先建立金属箔板电磁微胀形三维有限元模型，再分析金属箔板在电磁微胀形过程电磁力分布规律和金属箔板电磁微胀形变形特点。模拟结果显示，随着放电能量的增大，金属箔板所受的电磁力也增大，随着放电电容的增大而降低，箔板变形区域内电磁力始终保持均匀分布，电磁微成形技术可以形成良好的微型件的均匀性。本文研制了箔板电磁微胀形实验装置，并使用该实验装置开展了箔板电磁微胀形实验，研究了材料参数、电参数和模具参数等对箔板电磁微胀形的影响规律，并分析了箔板电磁微胀形过程中典型参数对材料应变分布规律的影响。关键词 电磁成形技术，材料参数，电参数，模具参数 目录
第一章 绪论 7
1.1引言 7
1.2 微成形尺寸效应 8
1.3电磁微成形技术研究现状 9
1.3.1 电磁微成形技术 9
1.3.2 电磁成形特点 9
研究内容： 10
第二章 电磁微胀形过程有限元模拟 11
2.1 电磁微胀形电磁场模型建立 11
2.1.1 耦合方法的选择 11
2.1.2 单元类型的选择 11
2.1.3 模型的建立及加载 12
2.2 单通道电磁微胀形变形过程分析 12
2.2.1 位移场分析 13
2.2.2等效应变云图 13
2.2.3速度场分析 15
第三章箔板电磁微胀形研究 16
3.1设备 16
3.2材料 17
3.3模具 18
3.4实验参数 19
3.5各参数对成形的影响 19
3.5.1 泊板厚度 19
3.5.2 晶粒尺寸 21
3.5.3 材料性能 22
3.5.4 放电能量 24
3.5.5 放电
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
板电磁微胀形研究 16
3.1设备 16
3.2材料 17
3.3模具 18
3.4实验参数 19
3.5各参数对成形的影响 19
3.5.1 泊板厚度 19
3.5.2 晶粒尺寸 21
3.5.3 材料性能 22
3.5.4 放电能量 24
3.5.5 放电频率 24
3.5.6放电次数 27
3.5.7 模具型腔尺寸 28
结论 30
第一章 绪论
1.1引言
随着对行业成长形势零部件的微型化日益加剧，微电子和细密机械行业的迅速成长，微型零件，特别是MEMS迅猛发展和纳米技术，在相当程度上日益增长需求，促进了快速发展微细加工技术和小型化。但是，在传统的各个行业中。因为，其成型的很多工件特表面质量很差，效率低化。尤其它们的尺寸精度很低。这些特点的不足严重的限制了传统加工方法的发展。所以人们对能避免这些不足之处的高成形加工技术越发的渴望。电磁塑性成型技术能够制造出尺寸很小的工件，并且微部件的制造塑料加工方法生产出的零件在二维方向部分的尺寸小于一毫米[1]。电磁成形技术属于高速，高能量的加工技术，是因为磁场中能够产生超强脉冲，从而对金属胚料产生很大冲击，继而导致胚料改变原来的形状，继而达到人们所需要的零部件的一种加工方法。可以大大提高材料的延展性和成形极限和成形质量好，切割精度高，结构简单，工艺部分可以实现自动化等。使这一过程适用于近净具备了批量生产或净产品。因为很多这样的技术和普遍的应用优势，世界上许多工业发达的国家投入了大量的资金用于相关研究。美国国会在第二十一世纪的发展中的一个关键项目的项目; 日本政府和许多著名的企业如奥林巴斯在微机械和微成形的研究投入了大量的钱[2] ;德国也将微成形领域作为重点研发项目。
图1-1用挤压工艺生产的微型零件 图1-2 利用挤压工艺生产的微型齿轮
图1-3 用于实际生产的微型零件
在国内，对于微成形的技术研究还在初步发展的时候，是基于微机械技术的研发。 主要研究领域，有喷墨等都大量化生产。
1.2 微成形尺寸效应
因为尺寸越来越少，金属塑性成形不再是一种简单的塑性加工。微成形过程比传统的成形工业更复杂，这是由零件的小型化引起的微尺度效应引起的。在微成形方面，尺寸效应是这一方面的重点关注对象［3］。随着研究的不断深入，人们发现尺寸效应在成形方面还不是一种足够准确的定义。尺寸效应的具体的描述如下：其所包含的意义是在加工细小工件的时候，随着工件的细小化，它的尺寸也会越来越小。正是因为这种想象使其和大尺寸的工件有着本质的区别。此种现象发生的原因是通过将微小工件成形与较大工件成形来对比。通过对比研究发现虽然工件的尺寸随着工件的大小变化而变化，但是缩小后的工件表面的粗糙程度不与缩小前的工件相同。因此在进行细小成形的时候，所处理的工件的微型化远远不是表面上发现的那么简单。在进行细小成形的时候，因为会出现尺寸效应的缺陷，使得其所产生的变形特性以及工件成形失误出现的性能等均出现了及其不同的变化。在结构细小尺寸，较高粗糙表面的工件，材料以及刀具之间的润滑状态保持不变，金属加工时按一定比例缩小到一个小尺寸。除了工艺参数的影响外金属的变形行为会发生一定的变化, 这些变化的主要原因是材料的流动模式的敏感性的空白尺寸，这对金属的流动行为和摩擦的影响[4] 。
1996年来，在这方面进行了微成形过程的实验研究。研究发现，在材料的粗化试验中，随着实验尺寸的减小，材料的流动应力，垂直平均各向异性和材料参数的拉伸减小。
1.3电磁微成形技术研究现状
1.3.1 电磁微成形技术
电磁微成形以电磁感应定律为基本原理，是以金属坯料中受到的电磁力为动力使工件发生变形的一种新型微成形技术。在工件构造和电子装配等方面具有很广泛的应用。
电磁成形技术是一种高速、高能量率和短时间脉冲处理技术，它利用强脉冲磁场中金属的电磁力引起塑性变形。电磁成形出的零件能很大程度上提升零件的各种特性，生产出的零件表面质量光滑，不粗糙。并且，尺寸精度非常精准。该技术用于成形的设备容易控制，非常利于持续制造。在生产过程中，可以自动化生产，无需人工照看。所以，该技术一经研究，便收到越来越多的行业青睐。在微型工件的制造行业，尤其需要还技术的应用。
1.3.2 电磁成形特点
电磁成形是金属材料在电磁力作用下产生了塑性变形的一种高速成形工艺。变形的度最快的可以达到百米每秒，成形时间非常短，因此，电磁成形技术本质上与传统的成形技术不一样，特点如下：
（1）成形设备简单。电磁成形需要的模具要求不高，一般只需半套模具就可以进行加工和制造。
（2）该技术的生产装置以及施力工作线圈是采用非常柔软的导线连在一起的。所以，装置可以不受限制随意搬动，非常适合在不固定的工作条件下应用。
（3）电磁成形产品的
第一章 绪论 7
1.1引言 7
1.2 微成形尺寸效应 8
1.3电磁微成形技术研究现状 9
1.3.1 电磁微成形技术 9
1.3.2 电磁成形特点 9
研究内容： 10
第二章 电磁微胀形过程有限元模拟 11
2.1 电磁微胀形电磁场模型建立 11
2.1.1 耦合方法的选择 11
2.1.2 单元类型的选择 11
2.1.3 模型的建立及加载 12
2.2 单通道电磁微胀形变形过程分析 12
2.2.1 位移场分析 13
2.2.2等效应变云图 13
2.2.3速度场分析 15
第三章箔板电磁微胀形研究 16
3.1设备 16
3.2材料 17
3.3模具 18
3.4实验参数 19
3.5各参数对成形的影响 19
3.5.1 泊板厚度 19
3.5.2 晶粒尺寸 21
3.5.3 材料性能 22
3.5.4 放电能量 24
3.5.5 放电
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
板电磁微胀形研究 16
3.1设备 16
3.2材料 17
3.3模具 18
3.4实验参数 19
3.5各参数对成形的影响 19
3.5.1 泊板厚度 19
3.5.2 晶粒尺寸 21
3.5.3 材料性能 22
3.5.4 放电能量 24
3.5.5 放电频率 24
3.5.6放电次数 27
3.5.7 模具型腔尺寸 28
结论 30
第一章 绪论
1.1引言
随着对行业成长形势零部件的微型化日益加剧，微电子和细密机械行业的迅速成长，微型零件，特别是MEMS迅猛发展和纳米技术，在相当程度上日益增长需求，促进了快速发展微细加工技术和小型化。但是，在传统的各个行业中。因为，其成型的很多工件特表面质量很差，效率低化。尤其它们的尺寸精度很低。这些特点的不足严重的限制了传统加工方法的发展。所以人们对能避免这些不足之处的高成形加工技术越发的渴望。电磁塑性成型技术能够制造出尺寸很小的工件，并且微部件的制造塑料加工方法生产出的零件在二维方向部分的尺寸小于一毫米[1]。电磁成形技术属于高速，高能量的加工技术，是因为磁场中能够产生超强脉冲，从而对金属胚料产生很大冲击，继而导致胚料改变原来的形状，继而达到人们所需要的零部件的一种加工方法。可以大大提高材料的延展性和成形极限和成形质量好，切割精度高，结构简单，工艺部分可以实现自动化等。使这一过程适用于近净具备了批量生产或净产品。因为很多这样的技术和普遍的应用优势，世界上许多工业发达的国家投入了大量的资金用于相关研究。美国国会在第二十一世纪的发展中的一个关键项目的项目; 日本政府和许多著名的企业如奥林巴斯在微机械和微成形的研究投入了大量的钱[2] ;德国也将微成形领域作为重点研发项目。
图1-1用挤压工艺生产的微型零件 图1-2 利用挤压工艺生产的微型齿轮
图1-3 用于实际生产的微型零件
在国内，对于微成形的技术研究还在初步发展的时候，是基于微机械技术的研发。 主要研究领域，有喷墨等都大量化生产。
1.2 微成形尺寸效应
因为尺寸越来越少，金属塑性成形不再是一种简单的塑性加工。微成形过程比传统的成形工业更复杂，这是由零件的小型化引起的微尺度效应引起的。在微成形方面，尺寸效应是这一方面的重点关注对象［3］。随着研究的不断深入，人们发现尺寸效应在成形方面还不是一种足够准确的定义。尺寸效应的具体的描述如下：其所包含的意义是在加工细小工件的时候，随着工件的细小化，它的尺寸也会越来越小。正是因为这种想象使其和大尺寸的工件有着本质的区别。此种现象发生的原因是通过将微小工件成形与较大工件成形来对比。通过对比研究发现虽然工件的尺寸随着工件的大小变化而变化，但是缩小后的工件表面的粗糙程度不与缩小前的工件相同。因此在进行细小成形的时候，所处理的工件的微型化远远不是表面上发现的那么简单。在进行细小成形的时候，因为会出现尺寸效应的缺陷，使得其所产生的变形特性以及工件成形失误出现的性能等均出现了及其不同的变化。在结构细小尺寸，较高粗糙表面的工件，材料以及刀具之间的润滑状态保持不变，金属加工时按一定比例缩小到一个小尺寸。除了工艺参数的影响外金属的变形行为会发生一定的变化, 这些变化的主要原因是材料的流动模式的敏感性的空白尺寸，这对金属的流动行为和摩擦的影响[4] 。
1996年来，在这方面进行了微成形过程的实验研究。研究发现，在材料的粗化试验中，随着实验尺寸的减小，材料的流动应力，垂直平均各向异性和材料参数的拉伸减小。
1.3电磁微成形技术研究现状
1.3.1 电磁微成形技术
电磁微成形以电磁感应定律为基本原理，是以金属坯料中受到的电磁力为动力使工件发生变形的一种新型微成形技术。在工件构造和电子装配等方面具有很广泛的应用。
电磁成形技术是一种高速、高能量率和短时间脉冲处理技术，它利用强脉冲磁场中金属的电磁力引起塑性变形。电磁成形出的零件能很大程度上提升零件的各种特性，生产出的零件表面质量光滑，不粗糙。并且，尺寸精度非常精准。该技术用于成形的设备容易控制，非常利于持续制造。在生产过程中，可以自动化生产，无需人工照看。所以，该技术一经研究，便收到越来越多的行业青睐。在微型工件的制造行业，尤其需要还技术的应用。
1.3.2 电磁成形特点
电磁成形是金属材料在电磁力作用下产生了塑性变形的一种高速成形工艺。变形的度最快的可以达到百米每秒，成形时间非常短，因此，电磁成形技术本质上与传统的成形技术不一样，特点如下：
（1）成形设备简单。电磁成形需要的模具要求不高，一般只需半套模具就可以进行加工和制造。
（2）该技术的生产装置以及施力工作线圈是采用非常柔软的导线连在一起的。所以，装置可以不受限制随意搬动，非常适合在不固定的工作条件下应用。
（3）电磁成形产品的
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