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