[01733233]超声辅助高性能微细成形制造技术

产品的小型化、微型化、集成化极大地提高了产品的实用性、可操作性,降低了产品的材料成本,已成为产业界不可阻挡的趋势。电子通信、生物医学、能源行业的兴起和高速发展极大地增强了微小型零件和微细制造技术的需求。鉴于微细制造技术的重要性,许多国家政府和企业均投入大量资金用于这一领域的研发工作。我国“国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）”将“微纳机电系统、微纳制造”列为“前沿技术”重点发展。结合国家自然科学基金项目,国家高技术研究发展计划（863）,浙江省自然科学基金重点项目等项目的技术要求,经过近15年的共同努力和攻关,研制出超声辅助高性能微细成形成性制造技术。 本项目针对国家战略性新兴产业对微细制造技术的需求,引入超声振动辅助,深入研究并解决微细成形过程中的缺陷多、充型差、脱模难等关键技术问题。发现并识别了超声作用下的声软化和声残余硬化耦合作用机制,并应用于超声辅助高性能微细成形技术;发明了超声振动辅助半固态微触变成形工艺及装备,实现了高性能微细阵列结构的超声辅助半固态触变成形制造;创造性地提出了超声辅助声模成形技术,突破了模压成形难以避免的技术难题。面向微细制造过程,开发了具有自主知识产权和国际先进水平的超声辅助高性能成形工艺,为微细零件的制造加工过程提供有效理论方法和技术手段。该工程理论的深入研究和技术手段的创新突破也有望进一步提升微细构件的制造水平,大幅度提高制造效率,从而满足关键领域中对于微细制造技术的需求。 针对微细成形过程中的缺陷多、充型差、脱模难等关键技术难题,本项目利用超声在材料成形过程中的声软化、细晶、超声空化、减摩、声势阱等复合作用机制,将超声有效耦合作用于微细成形过程。本项目主要技术创新点包括： 1) 超声辅助固态金属微细成形技术。建立了基于热激活模型的声软化理论模型,提出了超声辅助金属软化技术,有效降低了金属材料的屈服强度,显著减小了固态金属成形工件表面粗糙度;基于粘着摩擦理论探究了法向超声减摩效应的激励,提出了法向超声振动减摩技术,显著降低了剪切强度并使界面接触由塑性接触转变为弹性接触,有效提高了固态金属成形工件的表面光洁度。 2) 超声辅助半固态金属微细成形技术。提出了超声辅助半固态团聚调控技术,有效降低了半固态金属的流动应力和表观粘度,显著提高了微细特征结构成形质量;提出了超声辅助微细板翅成形技术,显著提高了半固态金属微细板翅的充型能力和成形结构特征,实现了半固态金属微细板翅结构的高性能制造。 3) 超声辅助声模微成形技术。提出了基于模式匹配与逆滤波相结合的声表面波控形技术,实现了预期空间超声驻波场的精确合成与动态调整,并利用Bessel函数衰减特性和逆边界元法,实现了微小局部范围内合成声场而在外部快速衰减;提出了多向超声相位调控技术,通过调整多束声波间的相对相位改变声场的空间分布,实现了多种图案化阵列微结构的声模成形;设计了超声辅助声模成形装备,通过声表面波叠加形成驻波场,再用光固化液体薄层中的表面形貌,实现了图案化表面微结构阵列的快速低成本成形制造。 面向战略性新兴产业中典型件的微细制造过程,开发了具有自主知识产权和国际先进水平的超声辅助高性能成形工艺及设备。围绕该技术的研发,本项目获授权国家发明专利35项,发表SCI论文28篇、EI论文15篇。李培根院士为组长的专家委员会认为“超声辅助高性能微细成形制造技术”总体技术达到国际先进水平,声模微成形技术和超声辅助半固态金属微触变成形技术为国际首创。