第15卷第2期 塑性工程学报 Vol 15 No. 2 2008年4月 JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERING Apr.2008 精密微塑性成形技术的现状和发展趋势 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨1500)单德彬袁林郭斌 摘要:随着微/纳米科学与技术的不断发展,以形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微型机械系统(MEMS) 受到人们高度重视,MEMS技术的发展对微型构件的微细加工技术带来挑战。文章介绍了塑性微成形技术的发展 背景及其基本特点,综述了微成形的基本问题、微型零件成形工艺以及成形设备、数值模拟等方面的研究现状,并 对其发展趋势进行了展望 关键词:微塑性成形;微型构件;尺寸效应;微成形设备;跨尺度方法 中图分类号:TG306文献标识码:A文章编号:1007-2012(2008)02-004608 Research situation and development trends in micro forming SHAN De-bin Yuan Lin GUO Bin (School of Materials Science &. Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001 China) Abstract: With the rapid development of micro-electro mechanical systems and micro-system technology, a high requirement is iken out for the micro part manufacture technology, which gives a chance of development for the micro forming technology. The background and the characteristics of the micro forming are presented. An over review of the basic problems of micro parts form processes, forming apparatuses and simulation is summarized. Finally, the trends in micro forming are discussed Key words: micro forming; micro part; size effects; micro forming apparatuses; multiscale method 带来挑战。在非硅加工方面,传统的基于激光、LI 引言 GA等微细加工技术已经不能满足微型构件制造的 要求。而微塑性成形技术在微型构件的低成本批量 随着微/纳米科学与技术的不断发展,以形状尺制造方面显示出巨大的潜力。以微/纳米技术为基 寸微小或操作尺度极小为特征的微型机械系统础,采用现代实验方法和手段的微塑性成形技术逐 (MEMS)受到人们高度重视,具有空间三维结构渐成为塑性加工学科的研究热点之一。微塑性成形 的纳米机电系统(NEMS)也开始出现。机械装技术是以塑性变形的方式来加工毫米级到微米级的 置向微小型化方向发展已经成为航空航天、精密仪微型构件的工艺方法,具有无切削、高效率和低成 器、生物医疗等领域的重要发展趋势,许多国家都本等优点,因此,它是微型构件规模化生产的关键 将纳米技术和微型机械系统列为21世纪的关键技术技术之一。 之首。 微塑性成形技术并不是传统塑性成形工艺的简 MEMS技术的发展对微型构件的微细加工技术单几何缩小。零件的微型化使得成形模具的设计和 加工非常困难,成形工艺越来越复杂。由于成形件 国家自然科学基金资助项目(50975030);教育部新世寸非常小,尺寸效应成为微塑性成形工艺研究的 纪优秀人才资助项目(NCEI040322)。 基本问题。基于连续介质的传统塑性成形理论和基 单德彬E-mail;shanda@hit.edu.cn 于离散介质的分子动力学理论无法解释微塑性成形 作者简介:单德彬,男,1967年生,内蒙古通辽市人,工艺中的尺寸效应问题,因而微塑性成形过程中材 哈尔滨工业大学,教授,博土,主要从事精密塑性成形技料变形流动规律和成形工艺研究还在探索中。本文 术、微塑性成形技术、塑性成形过程的数值模拟等方面的综述了微塑性成形的基础问题、微型零件的成形工 研究 艺、成形装置和微成形领域数值模拟的研究现状, 收稿日期:20070820;修订日期:2007-1009 并对微塑性成形技术发展趋势进行了展望
第 15卷 第 2期 2008年 4月 塑性 工程 学报 JOURNALOFPLASTICITY ENG VoI．15 No．2 Apr． 2008 精密微塑性成 形技术 的现状和发展趋势 (哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150001) 单德彬 袁 林 郭 斌 摘 要：随着微／纳米科学与技术的不断发展，以形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微型机械系统 (MEMS) 受到人们高度重视，MEMS技术的发展对微型构件的微细加工技术带来挑战。文章介绍了塑性微成形技术的发展 背景及其基本特点，综述了微成形的基本问题、微型零件成形工艺以及成形设备、数值模拟等方面的研究现状 ，并 对其发展趋势进行 _r展望 。 关键词：微塑性成形；微型构件；尺寸效应；微成形设备；跨尺度方法 中图分 类号 ：TG306 文献标识码 ：A 文章编 号：1007—2012 (2008)02—004608 Research situation and developmenttrendsin m icro forming SH AN De bin YUAN Lin GUO Bin (SchoolofMaterialsScience& Engineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin 150001 China) Abstract W iththe rapiddevelopm entofmicro-electrc~mechanicalsystem sand micro—system technology。 ahigh requirementis takenoutforthemicropartmanufacturetechnology，whichgivesachanceofdevelopmentforthemicrc~formingtechnology． The backgroundandthecharacteristicsofthemicroforming arepresented． Anoverreview ofthebasicproblemsofmicropartsform — ing processes， formingapparatusesand simulationissummarized． Finally，thetrendsin micro form ing arediscussed． Keywords：microform ing； micro part； sizeeffects micro form ing apparatuses； multiscalemethod 引 言 随着微／纳米科学与技术的不断发展 ，以形状尺 寸微小 或 操 作 尺度 极 小 为 特 征 的微 型 机 械 系 统 (MEMS)受到人们高度重视 ，具 有空间三维结 构 的纳米 机 电系 统 (NEMS)也 开 始 出 现_】一。机 械 装 置向微小型化方向发展已经成为航空航天、精 密仪 器、生物医疗等领域的重要发展趋势 ，许多国家都 将纳米技术和微型机械系统列为 21世纪的关键技术 之首 。 MEMS技术的发展对微型构件 的微细加工技术 *国家自然科学基金资助项 目 (50475030)；教育部新世 纪优秀人才资助项 目 (NCETO40322)。 单德彬 E-mail：shandb@hit．edu．cn 作者 简介 ：单德 彬 ，男，1967年 生 ，内蒙 古通 辽 市人 ， 哈尔滨工业 大学 ，教授 ，博士 ，主要从事精密塑性成形技 术、微塑性成形技术、塑性成形过程的数值模拟等方面的 研究 收稿 日期 ：20070820；修订 日期 ：2007—10—09 带来挑战。在非硅加工方面 ，传统的基于激光 、U— GA等微细加工技术已经不能满足微 型构件制造 的 要求。而微塑性成形技术在微型构件的低成本批量 制造方面显示出巨大的潜力。以微／纳米技术为基 础，采用现代实验方法和手段的微塑性成形技术逐 渐成为塑性加工学科 的研究热点之一。微 塑性成形 技术是以塑性变形的方式来加工毫米级 到微米级 的 微型构件的工艺方法，具有无切削、高效率和低成 本等优点 ，因此 ，它是微型构件规模化生产 的关键 技术之一 。 微塑性成形技术并不是传统塑性成形工艺的简 单几何缩小。零件的微型化使得成形模具 的设计和 加工非常 困难 ，成形工艺越来越复杂 。由于成形件 尺寸非常小，尺寸效应成为微塑性成形工艺研究的 基本问题。基于连续介质的传统塑性成形理论和基 于离散介质的分子动力学理论无法解释微塑性成形 工艺中的尺寸效应问题 ，因而微塑性成形过程 中材 料变形流动规律和成形工艺研究还在探索 中。本文 综述了微塑性成形的基础问题、微型零件 的成形工 艺、成形装置和微成形领 域数值模 拟 的研究现状 ， 并对微 塑性 成形 技术发 展趋 势进行 了展望 。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第2期 单德彬等:精密微塑性成形技术的现状和发展趋势 FIV 1微塑性成形基础问题研究 /min·A 润滑剂 与传统的塑性成形工艺相比,微塑性成形中微 型零件的几何尺寸可以按比例缩小,而某些材料参 数却保持不变,如材料的微观晶粒度和表面粗糙度 尺寸因子λ= 等,从而导致材料的塑性变形性能发生了改变,使 得传统的成形工艺方法不能通过等比例缩小应用到 微塑性成形领域。因而,研究微观尺度下材料的塑 性变形流动规律,揭示微塑性成形机理,成为微塑 性成形技术的重要研究方向之一。同时,微塑性成 形中塑性变形区的尺寸接近晶粒尺寸,材料微观组 织的不均匀导致微塑性成形工艺的不均匀性更为突 02040.6081.0 出,也成为一项重要的研究内容。 1.1尺寸效应 图1微镦粗实验方案与结果 在微塑性成形领域中,当试样的特征尺寸达到 a)实验方案;b)实验结果 亚毫米或微米尺度时,试样自身的物理特性和内部 Fig 1 Upsetting test scheme and result 结构发生了变化,某些材料性能参数和成形工艺参 数不是简单地按照相似理论增加或减小,这种与试 安表层晶粒 样几何尺寸相关的现象称之为尺寸效应。 文献[29]从不同方面对微成形中的尺寸效应 进行了系统研究,研究表明,材料流动应力、不均 匀性、延展性、成形极限以及摩擦等方面,与宏观 表层晶粒 领域相比发生了不同的变化。例如,当板厚从2mm 减小到0.17mm时,材料的屈服应力减小30%。德 0.5mm 直径4.8m 国 Geiger教授等102-使用镦粗实验,系统地研究了 材料流动应力尺寸效应现象,结果表明,随着试样 图2表层晶粒分布 尺寸的减小,材料的流动应力降低。实验中引入比 Fig 2 Distribution of grains in the surface layer 例因子λ,试样尺寸和变形工艺参数等均按比例因角度对试样变形性能进行研究。结果表明,当晶粒 子缩小。当比例因子λ减小到0.1时,材料的流动尺寸小于板厚时,随着板厚方向晶粒数量的减少 应力降低20%,如图1所示。上海交通大学阮雪榆屈服强度和抗拉强度减小;而当晶粒尺寸大于板料 院士领导的课题组3对紫铜圆柱试样在镦粗变形厚度时,屈服强度随着晶粒尺寸的增加而增加,如 中的流动应力尺寸效应现象进行了研究,分析了流图3所示。 动应力的波动现象。为了对流动应力尺寸效应现象 给予解释, Geiger等11从材料的多晶体结构角度 对实验结果进行分析,如图2所示 随着坯料几何尺寸的减小,流动应力并非一直 减小。 Eckstein和 Engel等13德国学者在研究薄板 single grain multple grains (板厚为0.5mm~0.1mm)微弯曲过程中的尺寸效 应现象时发现,当板厚相对晶粒尺寸较大时(板厚 板厚与晶粒尺寸比 大于3~5个以上晶粒尺寸),弯曲力随着板厚的减 图3屈服应力随晶粒尺寸与板厚比的变化曲线 小而减小;而当板厚与晶粒尺寸相当时,弯曲力随 Fig 3 Yield strengt 着板厚的减小而略有增加。荷兰 Raulea等4使用 size to sheet thickness 单轴拉伸实验和弯曲实验从板厚与晶粒尺寸之比的
第 2期 单德彬 等 ：精密微塑性成形技术的现状和发展趋势 47 l 微塑性成形基础 问题研究 与传统的塑性成形工艺相 比，微塑性成形 中微 型零件的几何尺寸可 以按 比例缩小 ，而某些材料参 数却保持不变 ，如材料 的微观晶粒度和表面粗糙度 等 ，从而导致材料的塑性变形性能发生 了改变，使 得传统的成形工艺方法不能通过等 比例缩小应用到 微塑性成形领域。因而，研究微观尺度下材料 的塑 性变形流动规律 ，揭示微塑性成形机理 ，成为微塑 性成形技术的重要研究方 向之一 。同时，微塑性成 形中塑性变形区的尺寸接近晶粒尺寸，材料微观组 织的不均匀导致微塑性成形工艺 的不均匀性更为突 出，也成为一项重要的研究 内容 。 J．1 尺寸效应 在微塑性成形领域中，当试样 的特征尺寸达到 亚毫米或微米尺度时，试样自身的物理特性和内部 结构发生了变化 ，某些材料性能参数和成形工艺参 数不是简单地按照相似理论增加或减小 ，这种与试 样几何尺寸相关的现象称之为尺寸效应。 文献 [2—9]从不同方面对微成形中的尺寸效应 进行了系统研究 ，研究表 明，材料流动应力 、不均 匀性、延展性 、成形极限以及摩擦等方面，与宏观 领域相 比发生 了不同的变化。例如，当板厚从 2ram 减小到 0．17mm时 ，材料的屈服应力减小 30 。德 国 Geiger教授等_】。使用镦粗实验，系统地研究 了 材料流动应力尺寸效应现象 ，结果表明，随着试样 尺寸的减小 ，材料 的流动应力降低。实验 中引入 比 例因子 ，试样尺寸和变形工艺参数等均按 比例 因 子缩小 。当比例因子 减小到 0．1时，材料 的流动 应力降低 20 ，如图 1所示 。上海交通大学阮雪榆 院士领导的课题组~1314J对紫铜圆柱试样在镦粗变形 中的流动应力尺寸效应现象进行 了研究 ，分析了流 动应力的波动现象。为了对流动应 力尺寸效应现象 给予解释 ，Geiger等E1517一从材料的多晶体结构角度 对实验结果进行分析，如 图 2所示 。 随着坯料几何尺寸 的减小 ，流动应力并非一直 减小。Eckstein和 Engel等_1。一德 国学者在研究薄板 (板厚为 0．5mm~0．1ram)微弯 曲过程 中的尺寸效 应现象时发现 ，当板厚相对晶粒尺寸较大时 (板厚 大于 3～5个以上晶粒尺寸)，弯 曲力随着板厚的减 小而减小；而当板厚与晶粒尺寸相当时 ，弯 曲力随 着板厚的减小而略有增加 。荷兰 Raulea等_4 使用 单轴拉伸实验和弯曲实验从板厚与晶粒尺寸之 比的 材料： CuZn15 晶粒尺寸 L=79~m 冲头速度：v=1．Omm／min·^ 润 滑剂： PTFE--foil =0．12X^) 尺 寸因子^=l a 一 山 、一 ． ：；7蘼…l i i 应变 。 b 图 1 微镦粗实验方案与结果[] a)实验方案 ；b)实验结 果 Fig．1 Upsetting testschem eand result 图 2 表层品粒分布 Fig．2 Distributionofgrainsin thesurfacelayer 角度对试样变形性能进行研究。结果表 明，当晶粒 尺寸小于板厚时，随着板厚方 向晶粒数量 的减少 ， 屈服强度和抗拉强度减小 ；而 当晶粒尺寸大于板料 厚度时 ，屈服强度 随着晶粒尺 寸的增加 而增加 ，如 图 3所示 。 一 山 、 叠 噬 图 3 屈服应力随晶粒尺寸与板厚 比的变化曲线 ： Fig．3 Yieldstrength VSratioofgrain sizetosheetthickness 维普资讯 http://www.cqvip.com
塑性工程学报 第15卷 1.2微塑性成形不均匀性 当微塑性成形件的尺寸接近晶粒尺寸时,材料 微观组织性能的不均匀性对坯料的塑性变形产生了 显著影响, Engel等19在薄板的弯曲实验中观察到 了这一现象。对板厚为0.5mm、晶粒尺寸分别为 10m和70m的 Cuznal5板材在弯曲变形中应变的 分布进行测量,结果如图4所示。当采用细晶粒板 弯曲时内层为压缩变形、外层为拉伸变形,中间层 为未变形区,塑性变形较均匀;而采用粗晶粒板弯 曲时,应变分布混乱,塑性变形极不均匀。研究表 明这是由晶粒的各向异性引起的。 608.0 最大值:11.6% 最小值:-123% Spot Magn Det WD 200um 0-6.08.0-10.0 图5不同晶粒尺寸试样成形杯2 a)细晶试样成形杯;b)粗晶试样成形杯 CuZn15,硬化状态 Fig 5 Formed cup with specimens of different grain size 应变:Ex/% 10.08.0 细晶粒 粗晶粒 Cuznal5,粗晶粒 图4细晶和粗晶薄板弯曲变形时应变分布图 材料流动最大区域 a)细晶粒板;b)粗晶粒板 图6不同晶粒尺寸试样材料流动分布20 Fig. 4 Distribution of strain in fine and coarse grain sheet bend Fig 6 Distribution of material flow with 为研究在相对复杂成形中的变形不均匀现象 specimen of different grain size ger教授等202采用正反向复合挤压成形工艺 研究了试样尺寸、晶粒大小对变形的影响规律。图2微型零件的成形工艺研究现状 5为使用不同晶粒尺寸试样时的成形杯,可以发现 粗大晶粒材料成形杯的边缘参差不齐,呈现出明显 目前微成形工艺研究主要有两个方面:箔板微 的变形不均匀性。为了更深入地分析变形不均匀性冲压成形和体积成形。 问题,并考虑到材料塑性变形时会产生加工硬化现2.1薄板材料的成形 象,可以通过分析挤压成形件上的硬度分布来分析 金属箔材和薄壁零件大量应用在电子和MEMS 塑性应变的分布规律,如图6所示,当使用粗大晶产品中。随着MEMS的飞速发展和逐步进入实用 粒试样成形时,单个晶粒的性能对试样的塑性变形化,对微型零件的需求量急剧增加。近年来,德国 起决定作用,而单个晶粒的性能是随机的,这导致日本、美国和瑞士等制造业发达国家对金属箔板的 成形件的形状尺寸和性能的不均匀,微塑性成形件微冲压成形技术进行了大量的研究 的再现性差,这是微塑性成形的典型现象 在金属箔板的微冲压技术领域,国外主要对箔
48 塑性工程学报 第 15卷 1．2 微 塑性成 形不均 匀性 当微塑性成形件的尺寸接近晶粒尺寸时 ，材料 微观组织性能的不均匀性对坯料的塑性变形产生 了 显著影响，Engel等 9_在薄板 的弯 曲实验中观察到 了这一现象。对板 厚为 0．5mm、晶粒 尺寸分 别为 10m和 70 m的 CuZnl5板材在弯 曲变形 中应变 的 分布进行测量 ，结果如 图 4所示 。当采用细晶粒板 弯曲时内层为压缩变形、外层为拉伸变形 ，中问层 为未变形区，塑性变形较均匀；而采用粗晶粒板弯 曲时，应变分布混乱 ，塑性变形极不均匀 。研究表 明这是由晶粒的各 向异性引起的。 CuZnl5，硬化状态 a CuZnl5，粗晶粒 b O 图 4 细 晶和粗晶薄板 弯曲变形时应变分布图[1 a)细晶粒板；b)粗晶粒板 Fig．4 Distributionofstrain infineandcoarsegrain sheetbend 为研究在相对复杂成形中的变形不均匀现象 ， Geiger教授等 采用正 反向复合挤 压成形工艺 ， 研究了试样尺寸、晶粒大小对变形的影响规律 。图 5为使用不同晶粒尺寸试样时的成形杯，可以发现 粗大晶粒材料成形杯的边缘参差不齐 ，呈现 出明显 的变形不均匀性。为了更深入地分析变形不均匀性 问题 ，并考虑到材料 塑性变形 时会产生加工硬化现 象 ，可以通过分析挤压成形件上 的硬度分布来分析 塑性应变的分布规律 ，如 图 6所示 ，当使用粗大晶 粒试样成形时，单个 晶粒的性能对试样 的塑性变形 起决定作用 ，而单个晶粒 的性能是 随机的，这导致 成形件的形状尺寸和性能的不均匀 ，微塑性成形件 的再现性差 ，这是微塑性成形 的典型现象 。 b 图 5 不同晶粒尺寸试样成形杯 a)细晶试样成形杯 ；b)粗晶试样成形杯 Fig．5 Form ed cup with specimensofdifferentgrain size 细 晶粒 粗 晶粒 材料流动最 大区域 图 6 不同晶粒尺寸试样材料流动分布_2旷 Fig．6 Distributionofmaterialflow with specimenofdifferentgrainsize 2 微型零件的成形工艺研究现状 目前微成形工艺研究主要有两个方面：箔板微 冲压成形和体积成形 。 2．1 薄板材料的成形 金属箔材和薄壁零件大量应用在电子和 MEMS 产 品中。随着 MEMS的飞速发展 和逐步进入实用 化 ，对微型零件的需求量急剧增加 。近年来 ，德 国、 日本、美国和瑞士等制造业发达 国家对金属箔板 的 微冲压成形技术进行 了大量的研究 。 在金属箔板的微 冲压技术领域 ，国外主要对箔 维普资讯 http://www.cqvip.com
第2期 单德彬等:精密微塑性成形技术的现状和发展趋势 49 板的微拉深、微冲裁和微弯曲等微冲压方法进行了蚀加工虽然能达到很高的精度,但无法达到较高的 研究。拉深工艺可以制成筒形、阶梯形、球形、盒生产效率和较低的生产成本。因此,引线框的微冲 形和其他不规则形状的薄壁零件。如果与其他冲压裁和微弯曲等冲压加工成为当今精密制造业的一个 成形工艺配合,还可能制造形状更为复杂的零件。研究热点。图9是微冲裁和微弯曲在引线框生产中 因此,在箔板的微成形中,微拉深工艺较之其他工的应用,这些零件是连接内部芯片和外部电路的接 艺更为突出,研究和应用的成果也最多。图7是用插件,它们的尺寸在100ym左右,间距在150m 于电视机电子枪的微杯形件 到数百微米之间20 架挡板 塑料带 引线框 图7用于电视机电子枪的微拉深杯 Fig 7 Micro drawing cup used in electron gun of TV 为了研究零件尺寸对微拉深成形的影响,德国 图9引线框生产中冲裁和弯曲的应用 不来梅大学的Ⅴ ollertsen教授23进行了筒形件宏 Fig 9 The application of clam bar in micro 观和微观拉深成形对比实验,并研究了微拉深的极 punching and blending 限拉深比。实验用材料均为A19.5,微拉深件的尺2.2微体积成形研究 寸为壁厚0.02mm,凸模直径1.0mm,深度 在体积微塑性成形方面,国外主要进行微齿轮 0.5mm;宏观拉深件的尺寸为壁厚.omm,凸模直阀体、螺钉、顶杆、泵和叶片等微型零件的精密微 径50m,深度25mm。图8为宏微两种拉深件的塑性成形研究。 Saotome教授等采用闭式模锻 对比照片。从图中可以看出,宏观拉深件成形质量成形工艺,研究了微型双齿轮的微塑性成形工艺。 很好,而微拉深件的法兰有轻微起皱。实验结果表成形出模数为0.1mm、分度圆直径分别为1mm和 明,与宏观拉深相比,微拉深中的摩擦力受成形力2mm的微型双齿轮,并组装出减速比为1/128的微 影响更大;不合适的压边力会导致法兰处起皱和底型减速装置,如图10所示。在此基础上,采用反挤 部的破裂;随着润滑剂用量的增加,微拉深中的摩成形工艺,成形出节圆直径最小达200m的微型齿 擦力下降得更快;微拉深中的绝对摩擦系数远大于轮。日本学者 Yoshidal对手表上微型零件的多工 宏观拉深中的摩擦系数 位成形工艺进行了有限元分析和实验研究,并将常 规的锻造工艺由3步改为4步,采用锥形冲头增加 内部金属的变形速率,有效提高了零件的成形质量。 Yoshida等2研究了多边形截面线材的拉拔成形工 艺,分析了圆角半径、晶粒尺寸等参数对拉拔成形 的影响规律,并借助有限元法对成形过程中的应变 分布进行了研究。此外,还有学者利用轧制、挤压 图8宏观与微拉深件对比 和局部锻造等体积成形方法成形多种微型零件 Fig8 Comparison of micro and macro drawing cups 作者对微体积塑性成形工艺进行了相关研究, 冲裁和弯曲是生产微小零件的主要工艺之一, 成形出了质量良好的微型齿轮。图11为成形的微型 特别是在电子和C产业领域。随着信息技术的发齿轮零件的SEM照片,成形件轮廓清晰、齿面光 展,集成电路(IC芯片中的金属引线框的需求越滑,表明成形件表面质量较好。图12是成形的微型 来越多,形状也更加微细化和高精度化。IC芯片引齿轮件的显微组织分析。横截面上的流线与齿轮齿 线框的生产方式有两种:腐蚀加工和冲压加工。腐形轮廓一致,表明成形件有良好的综合力学性能
第 2期 单德彬 等 ：精密微塑性成形技术的现状和发展趋势 49 板的微拉深、微 冲裁 和微弯曲等微 冲压方法进行 了 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，在箔板的微成形 中，微拉深工艺较之其他工 艺更为突出，研究和应用 的成果也最多 。图 7是用 于电视机电子枪的微杯形件 。 图 7 用于电视机电子枪 的微 拉深杯 Fig．7 M icro drawing cup used in electrongun ofTV 为了研究零件尺寸对微拉深成形 的影响 ，德 国 不来梅大学的 Vollertsen教授l_2趵]进行 了筒形件宏 观和微观拉深成形对 比实验 ，并研究 了微拉深 的极 限拉深 比。实验用材料均为 A199．5，微拉深件的尺 寸 为 壁 厚 0．02mm，凸 模 直 径 1．0mm，深 度 0．5mm；宏观拉深件的尺寸为壁厚 1．0ram，凸模直 径 50ram，深度 25mm。图 8为宏微两 种拉深件的 对 比照片。从图中可 以看出，宏观拉深件成形质量 很好，而微拉深件的法兰有轻微起皱 。实验结果表 明，与宏观拉深相 比，微拉深中的摩擦力受成形力 影响更大；不合适的压边力会导致法兰处起皱和底 部的破裂 ；随着润滑剂用量的增加 ，微拉深 中的摩 擦力下降得更快 ；微拉深 中的绝对摩擦系数远大 于 宏观拉深 中的摩擦系数。 图 8 宏观与微拉深件对 比 Fig．8 Comparisonofm icroand macrodrawingcups 冲裁 和弯 曲是生产微小零件 的主要工艺之一 ， 特别是在电子和 Ic产业领域 。随着信息技术 的发 展，集成电路 (Ic)芯片中的金属引线框 的需求越 来越多，形状也更加微细化和高精度化 。IC芯片引 线框的生产方式有两种 ：腐蚀加 工和 冲压加 工。腐 蚀加工虽然能达到很高 的精度，但无法达到较高的 生产效率和较低 的生产成本 。因此，引线框 的微冲 裁和微弯曲等冲压加工成为当今精密制造业的一个 研究热点。图 9是微冲裁 和微弯曲在引线框生产中 的应用 ，这些零件是连接 内部芯片和外部电路的接 插件，它们 的尺寸 在 lO0~m 左 右，间距在 150~m 图 9 引线框生产中冲裁 和弯曲的应用 ： Fig．9 Theapplicationofclam barin micro punchingandblending 2．2 微体积成形研究 在体积微塑性成形方面，国外主要进行微齿轮 、 阀体、螺钉、顶杆、泵和叶片等微型零件的精密微 塑性成形研究 。Saotome教授等[2425]采用闭式模锻 成形工艺，研究了微型双齿轮 的微塑性成形工艺 。 成形 出模数为 0．1mm、分度 圆直径分别为 lmm 和 2mm的微型双齿轮 ，并组装出减速比为 1／128的微 型减速装置 ，如图 10所示。在此基础上，采用反挤 成形工艺，成形出节圆直径最小达 200~m 的微型齿 轮。日本学者 Yoshida[]对手表上微型零件的多工 位成形工艺进行了有限元分析和实验研究 ，并将常 规的锻造工艺 由 3步改为 4步，采用锥形冲头增加 内部金属的变形速率，有效提高了零件的成形质量 。 Yoshida等[27]研究了多边形截 面线材的拉拔成形工 艺，分析了圆角半径、晶粒尺寸等参数对拉拔成形 的影响规律 ，并借助有限元法对成形 过程 中的应变 分布进行 了研究 。此外 ，还有学者利用轧制 、挤压 和局部锻造等体积成形方法成形多种微型零件。 作 者对微体积 塑性成形工艺进行 了相关研 究， 成形出了质量 良好的微型齿轮。图 11为成形的微型 齿轮零件的 SEM 照片，成形件轮廓清晰、齿面光 滑，表 明成形件表面质量较好 。图 12是成形的微型 齿轮件 的显微组织分析。横截面上的流线与齿轮齿 形轮廓一致 ，表明成形件有 良好的综合力学性能。 维普资讯 http://www.cqvip.com
性工程学报 第15卷 力值为3MPa~100MPa,冲头速度为0.001mm/s 0.lmm/s。借助微型计算机和数据采集系统,对成 形过程中的工艺参数进行采集和记录。在成形装置 中引人杠杆机构,增大了的输出载荷,扩大了系统 的应用范围。为了对反挤成形工艺进行研究,研 制了基于压电陶瓷驱动的微反挤成形装置。该系统 集合了微型模具、加热器、压电陶瓷和微传感器等 部分,整个系统体积小,可以放到保护气氛中,满 足特殊成形中对环境的要求,如图13所示31。此 外,日本学者S. Kurimoto3研制了一套微冲孔系 统,该系统由计算机控制的压电陶瓷驱动机构驱动, 冲头和压电陶瓷之间采用柔性连接,可以在薄板上 进行超精密冲孔。韩国的Hye- Jin lee3研制了基 于压电陶瓷驱动的微型试样性能测量装置,可以进 行拉伸等性能测试,获得高精度的性能参数。 图10微型双齿轮和减速装置2 a)微型双齿轮;b)微型减速装置 Fig. 10 Micro double gear and reduction gear box 图13微反挤成形装置 Fig 13 Micro extrusion system 德国 Schuler公司采用两个直线伺服电机作驱 动器研制了一套微冲压设备。线性伺服马达的定子 图11微型齿轮成形件 安装在钢质框架上,可以实现伺服马达与定子间的 Fig 11 Microgear 接触运动。借助高精度的测量和控制方法,在每 秒数米速度下位移精度可达到1μm;整个行程范围 内,力值达到20kN,冲裁速率可以达到1000次 in,满足了高速、高精度的要求。该系统适应性 强,可以用于多种微塑性成形工艺3。德国不来梅 大学 Vollertsen教授领导的BIAS研究所业开发 了一套基于直线伺服电机驱动的双轴微成形系统, 采用空气轴承进行导向,在1250次/min高速运行 图12微型齿轮的流线分布 下其位移精度可以达到3m。日本的 AIDA-Dayton ig. 12 Flow lines of microgear 公司使用直线伺服电机也研制了类似设备 作者设计和制造了一套微塑性成形设备,为使 3微塑性成形设备研究 设备结构简单,易于实现精确控制,设计为串联式 结构。该设备的结构主要由微驱动模块、参数检测 日本的 Saotome教授等2425.28自20世纪 模块以及成形温度控制模块等几个部分组成。微塑 年代以来一直致力于微塑性成形装置的研究,研制出性成形设备实物照片如图14所示。 几种微塑性成形装置。使用电磁线性驱动装置和固 微塑性成形设备的微驱动器采用压电陶瓷,其 定重物作为驱动器研制了一套微塑性成形装置,输出控制方法主要有PID控制、自适应控制和智能控制
50 塑性工程学报 第 15卷 图 1O 微型双齿轮和减速装置E a)微型双齿轮 ；b)微型减速装置 11 微型齿轮成形件 Fig．11 M icrogear 12 微型齿 轮的流线分布 Fig．12 Flow linesofm icrogear 微塑性成形设备研究 日本 的 Saotome教授 等 。。自 20世纪 9O 年代以来一直致力于微塑性成形装置的研究 ，研制出 几种微塑性成形装置。使用电磁线性驱 动装置和固 定重物作为驱动器研制 了一套微塑性成形装置 ，输出 力值为 3MPa~100MPa，冲头速度为 0．001mm／s~ 0．1mm／s。借助微型计算机和数据采集系统，对成 形过程中的工艺参数进行采集和记录。在成形装置 中引入杠杆机构 ，增大 了的输 出载荷 ，扩大 了系统 的应用范围 。为了对反挤成形工艺进行研究 ，研 制了基 于压 电陶瓷驱动 的微反挤成形装置。该系统 集合了微型模具、加热器、压电陶瓷和微传感器等 部分 ，整个系统体积小 ，可以放到保 护气氛中，满 足特殊成形 中对环境 的要求 ，如 图 13所示[3。此 外，日本学 者 S．KurimotoE船]研制 了一套微冲孔系 统，该系统由计算机控制的压电陶瓷驱动机构驱动 ， 冲头和压电陶瓷之间采用柔性连接，可以在薄板上 进行超精密~O：fL。韩 国的 Hye—JinLee[∞]研制 了基 于压电陶瓷驱动的微型试样性能测量装置，可以进 行拉伸等性能测试 ，获得高精度的性能参数。 冈 13 微反挤成形装置E。： Fig．13 M icro extrusionsystem 德国 Schuler公 司采用两个直线伺服电机作驱 动器研制了一套微冲压设备。线性伺服马达 的定子 安装在钢质框架上，可以实现伺服 马达与定子间的 无接触运动。借助高精度的测量和控制方法，在每 秒数米速度下位移精度 可达到 1／~m；整个行程范围 内，力值达到 20kN，冲裁速 率可 以达到 1000次／ min，满足了高速、高精度 的要求 。该 系统适应性 强 ，可以用于多种微塑性成形工艺¨3。德 国不来梅 大学 Vollertsen教授l={领导 的 BIAS研究所业开发 了一套基于直线伺服电机驱 动的双 轴微成形 系统， 采用空气轴承进行导 向，在 1250次／min高速运行 下其位移精度可以达到 3m。 日本 的 AIDA—Dayton 公司l3使用直线伺服电机也研制 了类似设备 。 作者设计和制造了一套微塑性成形设备，为使 设备结构简单，易于实现精确控制 ，设计为串联式 结构。该设备的结构主要 由微驱动模块 、参数检测 模块以及成形温度控制模块等几个部分组成 。微塑 性成形设备实物照片如图 14所示 。 微塑性成形设备的微驱动器采用压 电陶瓷，其 控制方法主要有 PID控制 、自适应控制和智能控制 维普资讯 http://www.cqvip.com
维资讯hp/www.cqvip.com 第2期 单德彬等:精密微塑性成形技术的现状和发展趋势 然而现阶段成千个并行CPU的超级计算机能够模 拟的模型尺寸还未达到微米量级。模拟时间最多只 有纳秒量级,但许多实际物理过程需要达到秒或者 更长的时间周期。金属材料本质上是多尺度的,包 括空间和时间的多尺度,因此当前的分子动力学技 术无法真实地再现金属材料的变形和加工等行为 当前出现的跨尺度方法是一种有益的尝试 跨尺度的思路是将模拟对象按纳观、细观和宏 观等不同尺度划分多个区域,不同的区域采用不同 图14微塑性成形设备实物图 效率、不同精度的算法,从而大大消除冗余计算自 Fig 14 The photograph of micro forming system 由度,克服计算机速度的限制,有效地模拟更大体 积材料和模拟更长的时间。目前已经发展了多种跨 等。PID控制是利用高精度传感器和PD控制器实尺度方法。其中 Tadmor4等提出的跨尺度方法 现闭环控制来达到精确控制的目的。为了满足等温 准连续( Quasicontinuum,QC)方法获得了极 成形工艺的需要,设计了温度控制模块。在模具装大地成功。其基本思路,是将研究对象划分为不同 置中安装加热器对模具进行加热。温度控制由温度区域,变形梯度变化剧烈区域采用原子模型计算, 控制器来实现。通过压电陶瓷多次工作,能够满足变形梯度变化均匀区域则采用有限元分析,大大降 大变形量的需要,使成形设备具有更好的适用性 低了自由度,计算过程中根据需要可以自动进行有 压电陶瓷移动的位移量由LVDT位移传感器进行检限元和原子级计算区域划分。有限元区域的本构方 测。研制的微塑性成形设备能够满足微塑性成形实程不再釆用唯象的经验公式,而是直接通过原子 验的需要 作用的势函数计算得到,从而保证了计算的精度。 由于微塑性成形装置方面的研究涉及了多个学该方法达到了所希望的原子级计算与有限元耦合后 科,研制的难度较大,目前大部分的系统都是针对的3个目标 某一种成形工艺研制的,因而应用的范围较窄,这 1)计算自由度大大减少,然而临界区域的完全 就需要在这方面开展更深入的研究。 原子级描述被保留 2)计算系统中的能量时不必计算系统中的每 4微塑性成形数值模拟方法研究 个原子,从而节省计算自由度; 3)在模型中完全原子级描述的临界区域能够随 进入到微纳米尺度时,用连续介质力学的方法 着变形的变化过程相应的演化。 已经不能得到满意的解释。在这一尺度上,主要是 作者使用该方法对单晶面心立方材料纳米压痕 材料离散的晶格特征因素的影响。晶体是由大量的变形行为的初始位错和弹塑性转变的影响进行了研 原子有序排列而成,材料的强度来源于原子间的相究,准确地观察到了面心立方材料的初始塑性,如 互作用,塑性来源于原子间的相互运动。因此,直图15所示,模拟尺度达到微米级 接从原子尺度进行研究显得非常必要3。在这方 面,当前应用最多的是分子动力学模拟方法。用分 子动力学进行微塑性成形的研究很多,例如宏观尺 度上拉伸变形实验研究是应用最为广泛的材料性能 测试实验研究方法,但是在微纳米尺度实现拉伸变 形的实验研究几乎是不可能的,英国剑桥大学 Lynden-Bel教授3应用LJ势函数对单晶Pt, Au,Rh和Ag进行了拉伸变形的分子动力学模拟。 当前分子动力学方法的发展基本上是延续以前 的方法,模型没有太大的改进。就目前而言模拟时图15跨尺度模拟方法观察到的面心立方材料初始塑性 间短和模拟系统尺寸小是最主要的不可避免的缺陷 Fig. 15 The initial plasticity investigated by multiscale method
第 2期 单德彬 等：精密微塑性成形技术的现状和发展趋势 51 图 14 微塑性成形设备实物 图 Fig．14 Thephotograph ofmicroformingsystem 等。PID控制是利用高精度传感器和 PID控制器实 现闭环控制来达到精确控制 的 目的。为了满 足等温 成形工艺 的需要 ，设计 了温度控制模块 。在模具装 置中安装加热器对模具进行加热。温度控制 由温度 控制器来实现 。通过压电陶瓷多次工作 ，能够满足 大变形量 的需 要，使成形设备具有更好 的适用性。 压电陶瓷移动的位移量 由 LVDT位移传感器进行检 测 。研制的微塑性成形设备能够满足微塑性成形实 验的需要 。 由于微塑性成形装置方面的研究涉及 了多个学 科，研制的难度较大，目前大部分的系统都是针对 某一种成形工艺研制 的，因而应用的范围较窄 ，这 就需要在这方面开展更深入 的研究。 4 微塑性成形数值模拟方法研究 进入到微纳米尺度时，用连续介质力学的方法 已经不能得到满意的解释。在这一尺度上，主要是 材料离散 的晶格特征 因素的影 响。晶体是 由大量 的 原子有序排列而成 ，材料 的强度来源于原子间的相 互作用 ，塑性来源于原 子间的相互 运动。因此 ，直 接从原子 尺度进 行研究显 得非 常必要_3 。在 这方 面，当前应用最多 的是分子动力学模 拟方法。用分 子动力学进行微塑性成形的研究很多 ，例如宏观尺 度上拉伸变形实验研究是应用最为广泛 的材料性 能 测试实验研究方法 ，但是在微纳米 尺度实现拉伸变 形 的实 验 研 究 几 乎 是 不 可 能 的，英 国剑 桥 大学 Lynden-Bell教授[3曲]应 用 J势 函数 对单 晶 Pt， Au，Rh和 Ag进行 了拉伸变形的分子动力学模拟。 当前分子动力学方法的发展基本上是延续以前 的方法 ，模型没有太大的改进。就 目前而言模拟时 问短和模拟系统尺寸小是最主要的不可避免的缺陷。 然而现阶段成 千个并行 CPU 的超级计算机能够模 拟的模型尺寸还未达到微米量级。模拟时问最多只 有纳秒量级 ，但许多实际物理过程需要达到秒或者 更长的时间周期。金属材料本质上是多尺度的，包 括空间和时间的多尺度 ，因此当前 的分子动力学技 术无法真实地再现金属材料 的变形和加工等行为 ， 当前出现 的跨尺度方法是一种有益的尝试。 跨尺度的思路是将模拟对象按纳观 、细观和宏 观等不同尺度划分多个区域 ，不同的区域采用不 同 效率 、不 同精度 的算法 ，从而大大消除冗余计算 自 由度，克服计算 机速度的限制 ，有效地模拟更大体 积材料和模拟更 长的时间。目前已经发展 了多种跨 尺度方法。其 中 Tadmor[41]等提出 的跨尺度方法 — — 准连续 (Quasicontinuum，QC)方法获得 了极 大地成功。其基本思路 ，是将研究对象划分为不同 区域，变形梯度变化剧烈 区域采用原子模型计算 ， 变形梯度变化均匀区域则采用有限元分析 ，大大降 低 了自由度 ，计算过程中根据需要可 以自动进行有 限元和原子级计算 区域划分 。有 限元区域 的本构方 程不再采用唯象 的经验公式 ，而是直接通过原子间 作用的势函数计 算得到 ，从而保证 了计算 的精度 。 该方法达到了所希望的原子级计算与有限元耦合后 的 3个 目标 ： 1)计算 自由度大大减少 ，然而临界区域 的完全 原子级描述被保 留； 2)计算系统中的能量时不必计算系统中的每一 个原子 ，从而节省计算 自由度 ； 3)在模型中完全原子级描述的临界区域能够随 着变形的变化过程相应的演化 。 作者使用该方法对单 晶面心立方材料纳米压痕 变形行为的初始位错和弹塑性转变的影响进行 了研 究 ，准确地观察到了面心立方材料的初始塑性，如 图 15所示 ，模拟尺度达到微米级。 图 15 跨尺度模拟方法观察到的面心立方材料初始塑性 Fig．15 Theinitialplasticityinvestigated bymultiscalemethod 维普资讯 http://www.cqvip.com
塑性工程学报 第15卷 Forging of Microparts[ JI. Key Engineering Materials 5展望 2003.233-236:449-456 [8 P Picard, J F Michel. Effects of Size and Texture on the 微机电系统的提出和技术上的实现为塑性微成 Constitutive Behavior for very Small Components in 形技术的发展提供了空间。但是塑性微成形技术不 Sheet Metal Forming A]. M. Geiger. Proceeding of the 同于传统的塑性成形,传统的理论不能很好地应用 6th ICTP[C], Nuremberg, Bavaria, Germany, 1999: 于塑性微成形技术,还存在许多问题需要予以解决 [9] A Messner, U Engel, R Kals, F Vollertsen. Size Effects 这些问题将是塑性微成形技术未来的发展方向。 in the FE-Simulation of Microforming Processes [J]. 成形工件尺寸非常小,出现明显的尺寸效应, Journal of Materials Processing Technology, 1994. 45 这一现象与试件尺寸、微观组织结构、润滑条件、 371376 成形工艺参数等因素相关,由于尺寸效应带来的材[10 M Geiger, U Engel, F Vollersten, REals, A Messner 料性能和变形流动规律的变化,将是微成形技术的 rts for Electronics[J].Pro- 研究重点之 duction Engineering, 1994. 2(1): 15-18 新型的模具加工技术、夹具、测量和分析方法[11 M Geiger., A Messner,UEng. Production of Microp- 以及新型的成形设备,将是塑性微成形技术发展的 arts-Size Effects in Bulk Metal Forming, Similarity 另一个重要方向。成形件尺寸小,成形精度高,需 TheoryLJJ. Production Engineering, 1997. 4(1): 55-58 要依靠辅助设备才能完成,良好的自动控制手段和12MGg; A Messner, U Enge,Rkh; F Vollertse 高精度的测量方法将是其重要的一环。 terial Dada and Friction BehaviorlC]. Proceeding of the 随着研究的不断深人,塑性微成形技术会有更 9th International cold forging conference, 1995: 155-164 大的发展。 [13 Y Shen, H P Yu, X Y Ruan, X F Yin. The Test Study of Micro Copper Cylinder UpsettingLA]. Z. R. wang 参考文献 T.A. Dean. Proceeding of the lst ICNFTLCI. Harbin China,2004:165-170 [I] HGCraihead. Nanoelectromechanical Systems[J] [14]申昱,于沪平,阮雪榆微小尺度镦挤复合成形工艺研 ence,2000.290(24):1532-1535 究[].塑性工程学报.206,13(1):58-61 [2]T A Kals, R Eckstein, Miniaturization in Sheet Metal [15] U Engel, A Messner, M Geiger. Advanced Concept for WorkinglJ. Journal of Materials Processing Techne the FE- Simulation of Metal Forming Processer for the gy,2000.103:95-101 Production of MicropartsL A]. T. Altan. Proceeding of [3] A Kocanda, T Prejs. The Effect of Miniaturization on the 5th the Final Geometry of the Bent Products[A]. M. Pie- [16] A B Richelsen Size Effects in Sheet Drawing[C].Pro- trzyk, et al. Proceeding of the 8th International Confer ceeding of the 9th International Conference on Sheet ence on Metal Forming[ C], Krakow, Poland,2000:375- Metal,2001.2-4:263-270 [17] Tae-Wan Ku, Sang-Moon Hwang, BeorSoo Kar [4] V Raulea, L E Govaert, F P T Baaijens. Grain and Milli-Component Forming or Rectangular Cup Drawing Specimen Size Effects in Processing Metal Sheets[A] LJI. Journal of Materials Processing Technology. 200 M. Geiger. Proceeding of the 6th ICTP[C], Nurem- 113:749-753 berg, Bavaria, Germany, 1999: 939-944 [18] R Eckstein, M Geiger, U Engel. Specific Characteristics [ LVRaulea, A M Goijaerts, L E Govaert, F PT.Ba of Micro Sheet Metal Working [C]. Proceeding of ens. Size Effects in the Processing of Thin Metal Sheet SheEt.1999.27-28:529-536 [I. Journal of Materials Processing Technology, 2001. [19 R Eckstein, U Engel. Behavior of the Grain Structure in Micro Sheet Metal Working LA]. M. Pietrzyk, et al. [6 P Picard, J F Michel. Characterization of the Constitu- Proceeding of the 8th International Conference on Me Behavior for very Small Components in Sheet Met al FormingLC. Krakow, Poland, 2000: 453-459 al FormingLC]. Proceeding of the 2nd ESAFORM con- [20] M Geiger, M Kleiner, R Eckstein. Microforming[j] ference on material forming, 1999: 169-170 Annals of the CIRP. 2001. 50(2):445-462 [7 U Engel, E Egerer Basic Research on Cold and w [21] K Yoshida, M Maejima Optimum Drawing Conditions
52 塑性工程学报 第 15卷 5 展 望 微机电系统的提出和技术上的实现为塑性微成 形技术的发展提供了空 间。但是 塑性微成形技术不 同于传统的塑性成形 ，传统的理论不能很好地应用 于塑性微成形技术 ，还存在许多问题需要予以解决 ， 这些问题将是塑性微成形技术未来的发展方向。 成形工件尺 寸非常小 ，出现 明显 的尺寸效应 ， 这一现象与试 件尺寸、微观组织结构、润滑条件、 成形工艺参数等因素相关 ，由于尺寸效应带来的材 料性能和变形流动规律的变化 ，将是微成形技术 的 研究重点之一。 新型的模具加工技术、夹具 、测量和分析方法 以及新型的成形设备 ，将是塑性微成形技术发展 的 另一个重要方向。成形件尺寸小 ，成形精度高 ，需 要依靠辅助设备才能完成 ，良好的 自动控制手段和 高精度的测量方法将是其重要的一环 。 随着研究的不断深入 ，塑性微成形技术会有更 大 的发展 。 [1] [2] [3] 4] [5j [6] [7] 参考文献 H GCraihead．NanoelectrornechanicalSystems[J]．Sci— ence，2000．290(24)：1532—1535 T A Kals，R Eckstein． Miniaturization inSheetMetal Working[J]．JournalofMaterialsProcessingTechnolo— gY，2000．103：95—101 A Kocanda，T Prejs．TheEffectofMiniaturizationon theFinalGeometryoftheBentProducts[A]．M Pie— trzyk，eta1．Proceedingofthe8th InternationalConfer— enceonMetalForming[Cl_，Krakow，Poland，2000：375— 378 LV Raulea，L E Govaert，F P T．Baaliens．Grainand SpecimenSizeEffectsinProcessingMetalSheets[A]． M．Geiger．Proceedingofthe6th ICTP[C]，Nurern— berg，Bavaria，Germ any，1999：939—944 LVRaulea，A M Goijaerts，LEGovaert，FPT．Ba ai— jens．SizeEffectsintheProcessingofThinMetalSheet [J]．JournalofMaterialsProcessingTechnology，2001． 115：44—48 PPicard，JF Miche1．CharacterizationoftheConstitu— tiveBehaviorforverySmallCom ponentsin SheetM et— alForming[C]．Proceedingofthe2ndESAFORM con— ferenceonmaterialform ing，1999：169—170 U Engel，E Egerer．Ba sic Research on Cold and W arm [8] [9] [1O] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [2O] [21] ForgingofMicroparts[J]．KeyEngineeringMaterials， 2003．233—236：449-456 P Picard，JFMiche1．EffectsofSizeandTextureonthe Constitutive Behavior for very SmallCo mponents in SheetMetalForming[A_．M Geiger．Proceedingofthe 6thICTP[C]，Nuremberg，Bavaria，Germ any，1999： 895—900 A M essner，U Engel，R Kals，F Vollertsen． SizeEffects intheFE-SinmlationofMicroformingProcesses[J]． JournalofMaterialsProcessingTechnology，1994．45： 371-376 M Geiger，U Engel，F Vollersten，R Kals，A M essner． Metalform ingofMicropartsforElectronics[J]．Pro— ductionEngineering，1994．2(1)：15—18 M Geiger，A M essner，U Enge1．Production ofM icrop— arts—Size Effects in Bulk M etal Forming，Sim ilarity Theory[J]．ProductionEngineering，1997．4(1)：55—58 M Geiger，A M essner，U Engel，R Kals，F Vollertsen． DesignofM icro-Form ingProcessesFundamentals，Ma— terialDadaandFrictionBehavior[C]．Proceedingofthe 9th Internationalcoldforgingconference，1995：155-164 Y Shen，H P Yu，X Y Ruan，X F Yin． TheTestStudy ofMicroCopperCylinderUpsetting[A]．Z．R Wang， T． Dean．Proceedingofthe1stICNFI'[C]．Harbin。 China，2004：165-17O 申昱 ，于沪平 ，阮雪榆．微小 尺度镦 挤复合 成形工艺 研 究[J]．塑性工程学 报．2006，13(1)：58—61 U Engel，A M essner，M Geiger．Advanced Co nceptfor theFE-Sirnulation ofM etalForm ing Processerforthe ProductionofMicroparts[A]．T．Altan．Proceedingof the5thICTPEC]，Columbus，USA，1996：895—900 ABRichelsen．SizeEffectsinSheetDrawingEC]．Pro— ceeding ofthe 9th InternationalConference on Sheet Metal，2001．2-4：263—270 Tae-W an Ku，Sang-M oon Hwang，BeonrSoo Kang． M illi-ComponentForm ingorRectangularCupDrawing [J]．JournalofMaterialsProcessingTechnology．2001． 1l3：749-753 R Eckstein，M Geiger，U Enge1．SpecificCharacteristics ofMicro SheetMetalWorking[C]．Proceeding of SheMet．1999．27—28：529—536 R Eckstein，U Enge1．BehavioroftheGrainStructurein MicroSheetMetalWorking[A]．M Pietrzyk，eta1． Proceedingofthe8thInternationalCo nferenceonM et— alForming[C]．Krakow，Poland，2000：453—459 M Geiger，M Kleiner，R Eckstein．Microform ing[J]． AnnalsoftheCIRP．2001．50(2)：445—462 K Yoshida，M Maejima．Optimum DrawingConditions 维普资讯 http://www.cqvip.com
维晋资讯hp/www.cyvip.com 第2期 单德彬等:精密微塑性成形技术的现状和发展趋势 for Shaped Microwire of 100-400 m Size[A] P. F. Bari- [31] Y Saotome, H Iwazaki Superplastic Backward Micro- ani. Proceeding of the 8th ICTP[C]. Verona, Italy.2005 extrusion of Microparts for Micro-electro-element-sys- [22] F Vollertsen, Z Hu, H Schulze Niehoff,C TheilerState [j] Journal of Materials Processing Technology of the Art in Micro Forming and Investigations into 119:307-311 Micro Deep Drawing[J] Journal of Materials Process- [32] S Kurimoto, K Hirota, Y Nakano, T Mori. Improve- ing Technology, 2004. 151: 70-79 ment of Ultra- Fine Piercing by Means of Vacuum Sys- [23] Z Hu, F Vollertsen Fabrication Test for Deep drawing tem[A]. M. Kiuchi, H. Nishimura. Proceeding of the with Respect to Size Effects[A]. Z. R. Wang. Proceed 7th ICTP[C]. Yokohama, Japan, 2002: 391-396 [24 Y Saotome, A Itoh, S Amada, Superplastic Micro MEMS Material Mechanical Property Measurement U Forming of Double Gear for Milli- MachinesLA]. Z.R. sing Long Elongation Piezo Actuating Measuring Sy Wang. Proceeding of the 4th ICTP[C]. Beijing, China tem[A]. P. F Bariani. Proceeding of the 8th ICTP[C] 1993:20002005 Verona, Italy, 2005 [25] Y Saotome. H Iwazaki. Superplastic Extrusion of Mi- [34 F Schepp. Linearmotorgetriebene Pressen f r die Stanz crogear Shaft of 10 m in Module[J]. Journal of Micr- technik, Berichte aus Produktion und Umformtechnik system Technologies. 2000. 4(6): 126-129 Shaker Verlag. Aachen. 2002: 54 [26] K Yoshida, M Fukazawa, I Kubold. FEM Analysis and [35] H Schulze Niehoff, F Vollertsen, Versatile Micro rimental on Multistage Forging for Wrist Watch Forming Press[A]. F. Vollertsen. Proceeding of the [A]. M. Geiger. Proceeding of the 6th ICTP[C]. 2nd ICNFTIC]. Bremen, Germany, 2007: 167-176 [36]www.aida-america.com [27] K Yoshida, M Maejima. Optimum Drawing Conditions[37]张田忠,郭万林纳米力学的数值模拟方法[J.力学进 for Shaped Microwire of 100-400 m Size[A]. P. F Bar 展,2002.32(2):175-188 ani. Proceeding of the 8th ICTP[C]. Verona, Italy, 2005 [38] R M Lynden- Bell. Computer Simulations of Fracture at [28] Y Saotome, Miwa Seiji, T Zhang, A Inoue. The Micro- the Atomic Level [J]. Science, 1994.263(25):1704- formability of Zr-based Amorphous Alloy in Super cooled Liquid Stated and Their Application to Micro- [39] R M Lynden-Bell. A Simulation Study of Induced Dis dies[J] Journal of Materials Processing Technology order, Failure and Fracture of Perfect Metal Crystals 01.113:64-69 der Uniaxial Tension J] Journal of Physics: Conden [29 Y Saotome, T Hatori, T Zhang, A Inoue Superplastic sation of matter, 1995. 7: 4603-4624 Micro/ nano-Formability of La60Al20Nil0Co5Cu5 A- [40] E B Tadmor, R Phillips, M Ortiz. Mixed Atomistic and morphous Alloy in Supercooled Liquid State[J].Mate- Continuum Models of Deformation in Solids[J]. Lang ials Science and Engineering. 2001. 204-306: 716-720 muir,1996.12:4529-4534 [30] Y Saotome, K Imai, S Shioda, et al. The Micro-nano [41] EB Tadmor, M Ortiz, R Phillips. Quasicontinuum A formability of Pt-based Metallic Glass and the Nano- nalysis of Defects in Solids[J]. Philosophical Magazin forming of Three-Dimension Structure[J]. Intermetal- A,1996.73:1529-1563 lic.2002.10:1241-124
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