[01325064]薄板微成形摩擦尺寸效应及其模具表面固体润滑薄膜改性研究

1. 课题来源与背景。塑性微成形技术继承了宏观塑性成形技术低成本、大批量、高效率、高精度等优点，引起了国内外学者的广泛关注。然而，薄板微成形摩擦尺寸效应使得常规润滑剂不能满足成形要求，难以获得高质量的微型零件，迫切需要对摩擦尺寸效应机理进行深入的研究并寻求新的润滑方法。本课题受国家自然科学基金委员会资助，课题名称：薄板微成形摩擦尺寸效应及其模具表面固体润滑薄膜改性研究，资助经费：25万元，深圳市配套经费：5万元，课题批准号：51205258，执行期限：2013年1月-2015年12月，国家自然科学基金委员会于2016年3月按有关规定审核完毕，准予结题。

2. 技术原理及性能指标。研制了薄板微成形摩擦测试设备，研究了了试样尺寸和成形工艺参数对摩擦系数的影响规律。从微观层面对试样接触表面状态进行分析，揭示了薄板微成形摩擦尺寸效应机理，建立考虑摩擦尺寸效应的摩擦模型。利用等离子体浸没离子注入与沉积技术和磁控溅射技术在薄板微成形模具表面制备了TiN，DLC，MoS2等薄膜，并对薄膜的表面形貌、内部结构、与模具结合强度、摩擦磨损性能等进行测试和分析。

结果表明，制备的DLC薄膜适合于薄板微成形，其表面质量好，结合力高，摩擦系数在0.17左右。

研制了集微小坯料的精确定位、压边和卸料于一体的精密微拉深成形模具装置。

研究不同润滑条件对微杯形件和微盒形件的成形力、成形精度、表面质量和极限拉深比的影响规律，经DLC薄膜模具表面改性的微拉深件极限拉深比达2.1以上，相比传统润滑方式提高了近20%。

3. 技术的创造性与先进性。从微观层面揭示薄板微成形摩擦尺寸效应机理，构建考虑摩擦尺寸效应的摩擦模型，为薄板微成形润滑方法的选择提供了依据。

将固体润滑薄膜表面改性应用到薄板微成形领域，代替常用的液体润滑剂，避免了薄板微成形中液体润滑剂产生尺寸效应、难以涂覆均匀、容易堆积而造成微型成形零件形状尺寸精度差、工艺不稳定等不足，提高了成形零件的质量。

4. 技术的成熟程度，适用范围和安全性。本课题经过三年的研究，在微成形摩擦尺寸效应、微成形模具表面改性、微结构薄板件成形工艺等方面取得了较好的研究进展，在电子工业、微机电系统、新能源、生物医疗等领域广泛应用的精密微结构薄板件成形方面具有广阔的应用前景。

本课题利用经固体润滑薄膜表面改性的模具开展精密微结构薄板件成形实验，安全环保。然而由于时间有限，本课题在涂层制备成本、使用寿命和稳定性方面还有待提升。

应用情况及存在的问题。在科研院所方面，本课题在执行期间取得的成果如盒形件、锥杯形、杯形件的微拉深成形，固体润滑薄膜在薄板微成形中的应用等，受到了国内外同行的关注，部分机构也随之开展了相关研究，但主要停留在实验室阶段。在企业方面，本课题受到深圳市华源达科技有限公司的关注，希望将相关技术应用到精密微薄板件的冲压成形之中，但是由于涂层制备的成本、耐久性和稳定性问题，仍停留在实验阶段。此外，本课题受到兵器工业五九所的关注，希望将相关技术应用到精密挤压件模具的表面改性，提高挤压件的表面质量，已进行初步实验。

历年获奖情况。无。