电铸铜箔微胀形成形性能研究(2)
1.1 微成形简介微成形技术利用材料的塑性变形，生产的零件尺寸至少在二维方向上处于毫米量级以下[9]。微成形与传统塑性加工技术相比，保留了高生产率、最小或零材料损失、误差小和产品力学性能优良的优点，而应用领域更加广泛[10-11]。世界上许多工业发达国家，例如美国、欧洲各国及日本都投入了大量资金进行相关研究[12]。微成形相比于传统成形存在尺寸效应，因此在成形中，材料的各向异性、流动应力、延展性和材料的成形极限都会发生变化[1]。同时由于微小化，试样与模具之间以及材料内部各部分之间等的关系有别于宏观情况，因此工艺参数的确定需要通过实验而没有已知的公式。
1.2 微胀形工艺及研究现状微胀形是板材胀形向微型化的延伸，按胀形方式可以分为气压、液压、激光和电磁等，按胀形温度可以分为室温和高温。微气压胀形用气体作为成形介质，节省了大量设备，同时有成形精度高、一次成形的优点。
1.2.1 微气压胀形工艺因为高温下材料容易变形，在微气压胀形时一般采用高温。首先通过电阻丝加热炉将材料加热到胀形温度，接着通入惰性气体使材料发生变形，材料逐渐向模具面靠近，直至同模具完全贴合形成预定形状。在微气压胀形中，因为尺寸效应的存在，箔材的厚度与模具的尺寸对胀形成形的影响很大。
1.2.2 微气压胀形研究现状Hoffmann[13]等人对不同厚度的薄铝板和薄铜板进行室温微气压胀形实验。对于薄板而言，板材厚度与平均晶粒尺寸的比值很小，表层晶粒对薄板材料的强度影响很大。通过实验得出：晶粒尺寸越大，薄板厚度越小，两种薄板的强度均越大；铜板的厚度和晶粒尺寸都表现出尺寸效应，而铝板主要是晶粒尺寸表现出尺寸效应。吴杰锋[14]等人建立刚模胀形有限元模型，模拟厚度分别为 100μm、200μm 和250μm的不锈钢超薄板的胀形成形极限，并进行实验验证。结果表明：随着板材厚度增大，不锈钢最大胀形深度与成形极限先增大后减小。赵志鹏[15]等人研究脉冲电沉积 Ni 箔在模具尺寸不同时的高温胀形性能。胀形凹模直径分别为 1mm，3mm 和5mm，胀形温度均为 450℃，但是胀形过程中加压曲线不同。结果表明：直径为 5mm 的凹模可以获得最大高径比，达到 0.823。同时，实验分析晶粒尺寸、胀形压力、保压时间、胀形温度和润滑条件对胀形性能的影响。李超[16]等人为了提高工业态 AZ31 镁合金板材的胀形成形能力，引入辅助的脉冲电流。实验结果表明：脉冲电流能够增强位错可动性，促进扩散蠕变、晶界滑移和孪晶变形等，有效提高胀形极限。童敏杰[17]等人用电沉积法制得晶粒尺寸为 10μm 的薄铜板，研究由板厚变化引起的尺寸效应。不同板厚的胀形零件如图 1.1所示。在实验中，分析板厚对胀形压力和胀形成形件高径比的影响，并观察胀形后的微观组织。实验结果表明：胀形件板厚增加，成形件高径比增加，成形性能提高。胀形成形件不同位置的微观组织存在差异。1.3 电铸铜简介铜是一种紫红色金属，延展性、导热、导电性能优良。电铸铜与一般超塑性材料相比，强度更高。电铸铜的性能受电铸温度和电解液体系等影响很大[18]。在一般情况下，电铸溶液温度上升，铜的抗拉强度和伸长率降低。但当硫酸铜和硫酸的含量都较低或较高，且电流密度低时，铜的抗拉强度、伸长率与温度正相关[19]。
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