铝青铜平面微弹簧挤压成形过程中裂纹形成和分布研究

发布时间：2024-05-22 02:54

　　随着信息化社会的快速发展,微机电系统(MEMS)被广泛应用于各行各业。平面微弹簧是MEMS中重要传递力和能量的结构,长寿命平面微弹簧对于保证微机电系统可靠性具有重要意义。通过挤压成形获得的铝青铜平面微弹簧疲劳寿命远高于微纳米加工技术制备的平面微弹簧,但裂纹的存在限制了铝青铜平面微弹簧疲劳寿命的进一步提高。为减少甚至消除裂纹以获得更好疲劳寿命的铝青铜平面微弹簧,需要研究该弹簧挤压成形过程中裂纹形成和分布规律。本文以QAl5合金为原料,利用微挤压的方法制备了平面微弹簧,研究了不同热处理工艺和轧制条件下QAl5合金的微观组织变化及力学性能,通过试验和有限元模拟探索工艺参数对微弹簧冷挤压裂纹产生和分布的影响。主要结论如下:熔炼得到了成分和相组成符合标准QAl5合金,其铸态组织为粗大的树枝晶,延伸率为65.3%,抗拉强度为237.7MPa,屈服强度为65MPa。轧制态QAl5经退火后微观组织中出现退火孪晶,在本文退火温度范围内,随退火温度增加,孪晶数目增多。QAl5经轧制形成纤维组织,轧制压下量越大,纤维组织越明显。成功制备出线宽为0.3mm、0.5mm和1mm的QAl5合金微弹簧柱。根据挤压特...

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图1.1体硅技术刻蚀示意图[14]

硕士学位论文铜铝合金平面微弹簧挤压成形时裂纹形成和分布研究3图1.1体硅技术刻蚀示意图[14]LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术，主要包括X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制三个工艺步骤。由于X射线有非常高的平行度、极强的辐射强度、连续的光谱，使LIGA技....

图1.2LIGA技术工艺流程[14]

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图1.3LIGA工艺制备微弹簧SEM图[20]

硕士学位论文铜铝合金平面微弹簧挤压成形时裂纹形成和分布研究5微弹簧的弹簧常数和应力分布的计算公式，并通过有限元模拟验证了该公式的正确性。CCD采集到的图像证明了微弹簧准静态拉伸变形的各个阶段是相同的。当微弹簧施加于冲击载荷时，微弹簧上端的变形比其它微弹簧大得多，这与准静态拉伸不同....

图1.4附加应力分布与裂纹的形成[34]

硕士学位论文铜铝合金平面微弹簧挤压成形时裂纹形成和分布研究7挤压裂纹缺陷可分为表面裂纹和中心裂纹，而型材挤压的裂纹常常发生在宽高比大的边部。以圆棒材挤压的表面裂纹缺陷为例来解释挤压裂纹的形成过程，挤压过程中材料接触摩擦作用和挤压筒形状限制导致坯料表面的金属流动受到阻碍，使坯料表面....

本文编号：3980292