3塑性微擠壓原理-西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院

1、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱塑性微擠壓成形實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)3指導(dǎo)教師齊樂華，周計(jì)明實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)航空樓D315實(shí)驗(yàn)對(duì)象本科四年級(jí)第一學(xué)期可選人數(shù)2-3塑性微擠壓成形實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱課程名稱中文：塑性微擠壓成形實(shí)驗(yàn)英文：Plastic Micro-extrosion Experiment面對(duì)專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造及其自動(dòng)化開課學(xué)期第七學(xué)期實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)3學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書書名：塑性微擠壓成形實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 編寫：周計(jì)明鄭善偉審核：齊樂華教授實(shí)驗(yàn)室地點(diǎn)航空樓D315|主筆 周計(jì)明一、實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)、教學(xué)目的與要求：本實(shí)驗(yàn)課程是針對(duì)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生開設(shè)的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，對(duì)于培養(yǎng)和提高本科生獨(dú)立工作,解決實(shí)際問題的能力起著十分重要的作用。通過

2、一系列以設(shè)計(jì)性為主的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生 了解塑性微擠壓基本原理，加深對(duì)尺度效應(yīng)的理解， 培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及合理規(guī)劃實(shí)驗(yàn)的邏輯思維能力。該實(shí)驗(yàn)使課程理論與實(shí)際有機(jī)地聯(lián)系起來，有利于提高學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能，增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手能力，鞏固一絲不茍，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)研究作風(fēng)。二、主要儀器設(shè)備及其型號(hào)1. 壓電陶瓷PSt150/20/18VS252. 稱重傳感器YZ247S3. 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源HVA 系列4. 儀用放大器INA1185. LVDT位移傳感器100MHR6. 數(shù)據(jù)米集卡研華PCI-17107. 萬(wàn)用表DT9205數(shù)字萬(wàn)用表二、考核方式實(shí)驗(yàn)考核總體分為三部分實(shí)驗(yàn)前復(fù)習(xí)微擠壓基本原理，閱讀壓電陶

3、瓷驅(qū)動(dòng)電源說明書：20%實(shí)驗(yàn)操作：60%(1) 完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容給定的工作，順利擠出試件：40%(2) 修改不同參數(shù)，了解不同參數(shù)下的意義：20%實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量：20%四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與內(nèi)容提要序 號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng) 目名稱實(shí) 驗(yàn) 類 型內(nèi)容提要學(xué) 時(shí) 分 配每組 人數(shù)主要儀器及配 套數(shù)授課實(shí)驗(yàn)室實(shí) 驗(yàn) 者 類 別1常用電 子儀器 的使用 練習(xí)技 術(shù) 基 礎(chǔ)1, 使用壓電陶瓷控 制電源測(cè)量電壓2, 使用稱重傳感器 測(cè)量重力123人1、壓電陶瓷PSt150/20/18VS252、稱重傳感器YZ247S3、DT9205 數(shù)字 萬(wàn)用表航空樓D315本 科 生2塑性微 擠壓實(shí) 驗(yàn)技 術(shù) 基 礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)1：室溫下，不同 速度下

4、使用4 X 4鉛 圓柱體坯料進(jìn)行微擠 壓，觀察試件的微擠壓 成形過程，記錄實(shí)驗(yàn)參 數(shù)及壓力、位移等實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)和相關(guān)曲線； 實(shí)驗(yàn)2：在不同預(yù)緊力 下，用4X 4坯料擠 壓微型齒輪，觀察記錄 不同預(yù)緊力下擠壓力 的大小以及成形齒輪 的輪廓長(zhǎng)度； 實(shí)驗(yàn)3：用3 X 4鉛圓 柱體坯料進(jìn)行擠壓實(shí) 驗(yàn)，與4X 4尺寸下 作出比較，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)，分析不同尺寸下擠 壓力的變化及是否表 現(xiàn)出尺度效應(yīng)。223人1壓電陶瓷PSt150/20/18VS252稱重傳感器YZ247S3壓電陶瓷控 制電源HVA系列4儀用放大器INA1185.LVDT位移傳感器100MHR6數(shù)據(jù)米集卡研華 PCI-17107萬(wàn)用表DT92

5、05數(shù)字萬(wàn)用表航空樓D315本 科 生五、有關(guān)說明：(主要填寫對(duì)本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議，如：教材及教學(xué)參考書的選用、先修課 程、教學(xué)組織方式、教學(xué)手段、項(xiàng)目更新、改革等。)1. 本實(shí)驗(yàn)課所關(guān)聯(lián)的理論課程建議學(xué)生查閱以下參考資料：1 申昱，于滬平，阮雪榆金屬微成形技術(shù)J. 塑性工程學(xué)報(bào) 2003(06): 5-8.2 董湘懷，黃樹槐,李志剛塑性加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)J.中國(guó)機(jī)械工程 2000(09): 1074-10783 謝延敏，于滬平，阮雪榆微成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀J.中國(guó)機(jī)械工程 2005(10): 935-939 4 雷鹍，張凱鋒金屬微成形中尺度效應(yīng)的探討：第九屆全國(guó)塑性工程學(xué)術(shù)年會(huì)、第二屆全球華人

6、先進(jìn)塑性加工技術(shù)研討會(huì)Z.中國(guó)太原：20052. 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：實(shí)驗(yàn)前應(yīng)讓學(xué)生認(rèn)真閱讀電子器件說明書，了解各電子元器件工作原 理及操作方法。3. 在教學(xué)組織上，應(yīng)該在理論課程完成45周后，開始本實(shí)驗(yàn)課程，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué) 效果。4. 充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的大量信息資源來為實(shí)驗(yàn)服務(wù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以預(yù)先讓學(xué) 生通過電子網(wǎng)站查閱實(shí)驗(yàn)原理中理論部分以及實(shí)驗(yàn)電器參數(shù)。5. 在保證最順利完成實(shí)驗(yàn)的前提下，可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該微塑性擠壓裝置提出自己的修 改建議，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。2010年05月24日修訂塑性微擠壓成形實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書編寫 周計(jì)明 鄭善偉審核 齊樂華 教授二 00 九年十一月1 塑性微成形簡(jiǎn)介 12

7、塑性微成形的理論基礎(chǔ) 22.1 尺度效應(yīng) 22.2 塑性微成形的變形不均勻性 43 塑性微擠壓實(shí)驗(yàn)原理 53.1 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)原理 53.2 實(shí)驗(yàn)裝置 63.3 模具 73.4 實(shí)驗(yàn)材料 73.5 計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng) 83.6 總體實(shí)驗(yàn)裝置 94 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?95 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 106 實(shí)驗(yàn)步驟 107 實(shí)驗(yàn)考核要求 108 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 119 參考資料 11實(shí)驗(yàn)報(bào)告 I1塑性微成形簡(jiǎn)介微塑性成形(Microforming )技術(shù)是指利用材料的塑性變形來生產(chǎn)至少在兩 維方向上尺寸處于1毫米以下零件的技術(shù)。微機(jī)電系統(tǒng)(Micro electro mechanics systems, MEMS)和微

8、電子技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用， 給微塑性成形技術(shù)的發(fā)展帶 來了契機(jī)。典微塑性成形區(qū)別于鍛造、沖壓等傳統(tǒng)的塑性成形工藝，并不是傳統(tǒng) 塑性成形工藝簡(jiǎn)單的微小化，由于微小化帶來的“尺寸效應(yīng)”引起了一系列新問 題，成為一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。典型的微塑性成形工藝包括微擠壓、微鈑金、微模鍛等工藝，這一技術(shù)有著 傳統(tǒng)塑性加工技術(shù)的高生產(chǎn)率、最小或零材料損失、最終產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)秀和誤 差的優(yōu)點(diǎn)。利用這一技術(shù)生產(chǎn)的微小尺度的元件大量應(yīng)用于微機(jī)械、 微電子等行業(yè)當(dāng)中，已成為微型機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)之一。國(guó)外學(xué)者采用微塑性成形工藝已制備出多種微型零件，部分零件已得到實(shí)際應(yīng)用，如微型杯桿件、微型雙 齒輪件、微型拉深杯和

9、微型齒輪件等，如圖1所示。圖1典型微型零件成形件尺寸的微小化對(duì)成形設(shè)備和模具提出了新的要求，將微小型模具安裝 在通用的塑性加工設(shè)備上很難滿足微成形的需要， 微塑性成形系統(tǒng)是開展微成形 研究的基礎(chǔ)。一些新型的驅(qū)動(dòng)裝置如線性伺服電機(jī)、 電磁致動(dòng)器和壓電陶瓷等應(yīng) 用到塑性微成形裝置中，并借助于計(jì)算機(jī)和微型傳感器對(duì)成形過程進(jìn)行控制和數(shù) 據(jù)采集。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已采用這兩種驅(qū)動(dòng)方式開發(fā)了塑性微成形設(shè)備，如圖2所示圖2微成形設(shè)備(a)美國(guó)西北大學(xué) (b)哈工大由于塑性微成形裝置方面的研究涉及了多個(gè)學(xué)科，研制的難度較大，目前大部分系統(tǒng)都是針對(duì)某一種成形工藝而研制的，本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)即是針對(duì)微擠壓實(shí)驗(yàn)而 研發(fā)，因而應(yīng)用的

10、范圍較窄，這方面的研究仍待進(jìn)一步深入。微型模具是進(jìn)行微塑性成形的必備工裝，其加工質(zhì)量的優(yōu)劣成為影響塑性微 成形零件的重要因素。目前常用的有代表性的微型模具加工方法包括微細(xì)電火花 加工、激光加工和磨削等微細(xì)加工技術(shù)。除此之外，硅刻蝕技術(shù)也用于微型模具 的加工中。目前已能加工出二維或準(zhǔn)三維的高精度微型模具，但在復(fù)雜形狀的三維模具型腔加工方面仍存在較大困難。2塑性微成形的理論基礎(chǔ)2.1尺度效應(yīng)所謂的尺度效應(yīng)(Size effects)是指工件尺寸在微小化過程中，一些在傳統(tǒng) 塑性加工中與尺寸大小無(wú)關(guān)的材料流動(dòng)規(guī)律以及工藝參數(shù)等，都表現(xiàn)出對(duì)零件尺寸具有一定的敏感性和依賴性。當(dāng)材料長(zhǎng)度在微米或微米以下量級(jí)

11、發(fā)生塑性變形 時(shí)就會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的尺度效應(yīng)，同時(shí)，在不同的加工方法中的表現(xiàn)也不同。尺度效應(yīng)主要表現(xiàn)為：坯料尺寸對(duì)材料流動(dòng)應(yīng)力的影響； 材料的各向異性表現(xiàn)突 出，晶粒的大小對(duì)材料成形性的影響明顯；對(duì)成形過程中摩擦的影響；成形過程中的溫度效應(yīng)。GODlog strain £maberiaiCuZn 15gi«uin eiz£».L= 79(wr*ch viocliv： 1 IdbncationPTFE-toila ai?*wup«ut1ing twCa" 1圖3流動(dòng)應(yīng)力隨尺度的減小而減小圖3所示為不同尺度下材料的流動(dòng)應(yīng)力曲線，可以看出，隨著

12、尺度的減小，流動(dòng)應(yīng)力相應(yīng)地減小。其原因可用圖4所示的表面層模型解釋。晶體內(nèi)部的位錯(cuò)在材料變形中會(huì)在晶界處出現(xiàn)堆積，尺寸減小后表面晶粒所占份額會(huì)相應(yīng)減少， 而自由表面是不會(huì)形成位錯(cuò)堆積的，因此材料硬化的硬化效果降低，從而導(dǎo)致流 動(dòng)應(yīng)力的減小。傳統(tǒng)的表面層模型認(rèn)為，小尺度情況下，材料的表面晶粒已經(jīng)不 符合各向同性連續(xù)體的變化規(guī)律， 在小尺度下，材料的表面晶粒增多，表面層變 厚，如圖4所示。與材料內(nèi)部晶粒相比，表層晶粒所受約束限制較小，在較低的 流動(dòng)應(yīng)力下就能變形，這樣變形體的整體流動(dòng)應(yīng)力將會(huì)降低。 當(dāng)晶粒尺寸基本不 變時(shí)，隨著試樣幾何尺寸的減小，表面積與體積的比值增大，工件表層的晶粒數(shù) 目與內(nèi)部的

13、晶粒數(shù)目的比值也相應(yīng)增大，表層晶粒在厚度方向上所占的比例就會(huì) 增加，從而導(dǎo)致材料整體流動(dòng)應(yīng)力的降低。尺寸微心化尺寸效應(yīng)并不一定導(dǎo)致流動(dòng)應(yīng)力的絕對(duì)減小，對(duì)于無(wú)自由表面的成形工藝，如擠壓或沖裁，有可能會(huì)因摩擦等因素而造成流動(dòng)應(yīng)力的增大。一般來說，尺寸減小后，材料的力學(xué)行為的離散性會(huì)增大。摩擦問題是微成形工藝中的關(guān)鍵問題之一，它對(duì)模具的壽命、金屬的流動(dòng)及 工件最終的加工精度有很大的影響，其影響的程度和規(guī)律都不同于傳統(tǒng)塑性加 工，也表現(xiàn)出明顯的尺寸效應(yīng)。環(huán)形壓縮實(shí)驗(yàn)（如圖5-圖6）表明，隨著試件尺寸 減小，試件和模具之間的摩擦系數(shù)增加。Engel提出了一種“開放和封閉潤(rùn)滑坑” 模型，如圖5所示。在擠壓

14、過程中存在潤(rùn)滑的情況下，摩擦系數(shù)跟工件與模具接 觸表面之間的封閉潤(rùn)滑坑所占比例有關(guān)。 當(dāng)零件的尺寸減小時(shí)，接觸面之間的封 閉潤(rùn)滑坑所占比例隨之減小，如圖6所示，當(dāng)零件尺寸減小到某一值時(shí)，封閉潤(rùn) 滑坑完全消失而只有開潤(rùn)滑，因此導(dǎo)致工件與模具接觸面上的摩擦系數(shù)增大。而 且進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)擠壓過程中不存在潤(rùn)滑時(shí)，上面所提出的模型就會(huì)失效， 摩擦系數(shù)不會(huì)隨著尺寸的減小而增大，這也充分證明了這種模型的合理性。微擠壓相比同尺寸的墩粗與拉伸，在流動(dòng)應(yīng)力尺度效應(yīng)上有著截然相反的應(yīng) 力表現(xiàn)，究其主要原因是在三向應(yīng)力作用下， 微擠壓自由表面少，摩擦力占據(jù)了 主要地位，擠壓過程中近2/3的擠壓力用于克服摩擦力。d

15、osed pockete圖5開放和封閉潤(rùn)滑坑示意圖圖6微型化過程中開放與封閉潤(rùn)滑坑分布圖2.2塑性微成形的變形不均勻性當(dāng)塑性微成形件的尺寸接近晶粒尺寸時(shí)，材料微觀組織性能的不均勻性對(duì)坯 料的塑性變形產(chǎn)生了顯著影響。圖 7所示為晶粒尺寸分別為10um和70um板厚 均為0.5mm勺CuZnl5板進(jìn)行彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得的坯料內(nèi)部的應(yīng)變分布情況。從圖 中可以看出，細(xì)晶粒坯料的變形較為均勻。這是因?yàn)榇志г嚇釉诔尚螘r(shí)，單個(gè)晶粒的性能對(duì)試樣的塑性變形起到了決定作用， 而單個(gè)晶粒的性能是隨機(jī)的，因此 導(dǎo)致塑性應(yīng)變分布的隨機(jī)性。 這也是塑性微成形件的再現(xiàn)性差， 尺寸、性能不均 勻的主要原因。enginehng s

16、train 兔 F %majdinrujnn: 11 6%iniMirndiiit -12.3%CuZnl5r hard stateengineering strain j % i? 5%GuZnlS. cdarssly grained圖7細(xì)晶和粗晶薄板彎曲變形時(shí)應(yīng)變分布圖3 塑性微擠壓實(shí)驗(yàn)原理3.1動(dòng)力驅(qū)動(dòng)原理壓電陶瓷(Piezoelectric Ceramic)是具有壓電效應(yīng)的一種功能陶瓷，是壓電材料的一種。壓電效應(yīng)是由應(yīng)力誘導(dǎo)出極化或電場(chǎng)， 或由電場(chǎng)誘導(dǎo)出應(yīng)力或應(yīng) 變的現(xiàn)象。本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器作為加載機(jī)構(gòu)， 當(dāng)對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器 輸入電壓時(shí)，由于壓電效應(yīng)使壓電陶瓷沿長(zhǎng)度方向發(fā)生磁

17、致伸縮， 輸入的電能轉(zhuǎn) 換為機(jī)械能，推動(dòng)凸模使其在凹模中作垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 具有位移小，輸出力大的 特點(diǎn)。不同電壓下的伸長(zhǎng)量特性曲線如圖 8所示，從圖中可以看出，壓電陶瓷驅(qū) 動(dòng)器伸長(zhǎng)量隨電壓的變化接近線性， 輸出速度均勻，可實(shí)現(xiàn)低速、恒速的精確控 制，避免了加載速度不穩(wěn)定給微型零件帶來顯著的誤差， 從而保證微型零件的加 工精度和質(zhì)量。16圖8壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電壓一伸長(zhǎng)量特性曲線3.2實(shí)驗(yàn)裝置微擠壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖 9所示:圖9微擠壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖由于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器每次通電后輸出位移量有限而成形所需的位移量較大， 因此采用了壓簧.楔塊機(jī)構(gòu)作為進(jìn)給機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了宏微運(yùn)動(dòng)的有機(jī)結(jié)合。當(dāng)壓電 陶瓷驅(qū)動(dòng)器達(dá)

18、到輸出位移極限后，停止通電，伸長(zhǎng)消失，產(chǎn)生間隙，壓縮彈簧自 動(dòng)頂緊楔塊，使其與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器緊密接觸，消除此前產(chǎn)生的間隙，完成進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器磁致伸長(zhǎng)時(shí)， 楔塊自鎖，壓電陶瓷推動(dòng)凸模使其在凹模 中作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，擠壓坯料，本成形系統(tǒng)正是按照這樣的原理， 通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng) 器的多次通、斷電與壓簧一楔塊機(jī)構(gòu)的自動(dòng)補(bǔ)償相配合完成整個(gè)微擠壓成形過程。該裝置采用楔塊與壓縮彈簧配合實(shí)現(xiàn)擠壓過程中的宏動(dòng)，微動(dòng)部分由壓電陶瓷制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。開始擠壓前，擰緊旋鈕使得壓縮彈簧被壓緊，從而頂緊楔塊2使其與壓力傳感器緊密接觸，消除了間隙。當(dāng)壓電陶瓷制動(dòng)器通電伸長(zhǎng)時(shí)，楔塊 自鎖，坯料產(chǎn)生擠壓變形。當(dāng)壓電陶瓷制動(dòng)器

19、斷電后，伸長(zhǎng)消失，壓簧將自動(dòng) 推進(jìn)楔塊，補(bǔ)償壓電陶瓷斷電時(shí)各部件之間產(chǎn)生的間隙。 通過壓電陶瓷的多次通、 斷電與壓簧一楔塊組合的自動(dòng)補(bǔ)償相配合，最終完成坯料的正擠 3.3模具微成形模具包括凸模與凹模，設(shè)計(jì)時(shí)借鑒了傳統(tǒng)模具的設(shè)計(jì)方法并結(jié)合微成 形裝置的尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在保證微成形模具具有足夠強(qiáng)度的前提下， 選擇適合 裝置的模具尺寸。凹模與裝置本體采用內(nèi)六角螺栓固定，為了便于擠壓件的退出， 凹模采用橫向分割式，即將凹模分為上半塊凹模與下半塊凹模， 為避免擠壓時(shí)材 料流入兩半凹模配合表面間的間隙， 兩配合表面進(jìn)行磨光處理。通過改變凸模與 凹模的結(jié)構(gòu)還可以成形其他不同三維結(jié)構(gòu)的微型零件，從而擴(kuò)大成形系

20、統(tǒng)的應(yīng)用 范圍。圖10微擠壓成形模具3.4實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)時(shí)采用'4X 4、' 3X 4毫米的純鉛圓柱體作為坯料， 通過微擠壓成形出 齒頂圓直徑為1mm的齒輪軸。3.5計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)基于微擠壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展不同實(shí)驗(yàn)水平下的微擠壓實(shí)驗(yàn)，采集實(shí)驗(yàn)過程中 的溫度、位移、壓力等檢測(cè)數(shù)據(jù)，并上傳至計(jì)算機(jī)中。實(shí)驗(yàn)開展前還須對(duì)坯料進(jìn) 行預(yù)處理，包括坯料的清洗和潤(rùn)滑?；赩C+編程軟件，為控制系統(tǒng)的操作和數(shù)據(jù)的采集與保存提供了便捷的 方法。通過對(duì)過程參數(shù)的初始化設(shè)置，進(jìn)行編譯連接運(yùn)行操作來對(duì)微擠壓過程中 的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、顯示和保存。為隨后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和擠壓工藝過程參數(shù)的優(yōu) 化和進(jìn)一步的理論研

21、究打下基礎(chǔ)?？梢暬瘜?shí)驗(yàn)平臺(tái)原理如圖11所示：圖11可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)原理圖基于VC編程語(yǔ)言開發(fā)了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源控制軟件， 該軟件操作界面簡(jiǎn)單， 可以實(shí)時(shí)顯示裝置壓力大小，可實(shí)現(xiàn)成形速度、成形時(shí)間、位移量的精確控制； 成形過程中的擠壓力、位移量等參數(shù)可實(shí)時(shí)采集。并能通過改變輸入電壓的大小 來改變壓電陶瓷的伸長(zhǎng)量，改變輸入電壓的頻率來改變伸長(zhǎng)速度。其主界面及參 數(shù)輸入界面如下圖所示：科 ure ifjMicroforming Syst&mMenuCanfigure |jR.LIF1IDataExportofcirmiin-g Systertii 1.01 -0. Ouwkwj Zhangb*

22、n圖12軟件主界面Microformirig System 1.0 omopm 旳忑圖13參數(shù)輸入界面3.6總體實(shí)驗(yàn)裝置圖14所示為總體實(shí)驗(yàn)裝置情況，主要包括成形裝置、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、模具、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源等?？貦C(jī)圖14總體實(shí)驗(yàn)裝置用電陶說控制器微擠壓成 應(yīng)形奈統(tǒng)一一控制柜4實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙笸ㄟ^微擠壓實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解塑性微成形工藝的基本原理，加深對(duì)尺度效應(yīng)的 理解，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及合理規(guī)劃實(shí)驗(yàn)的邏輯思維能力。 通過對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置 結(jié)構(gòu)原理的講解，開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維，能夠提出一些對(duì)本裝置的改進(jìn)方案。 具 體實(shí)驗(yàn)要求包括：(1) 了解金屬塑性微成形的概念及相關(guān)的理論基礎(chǔ)，掌握本實(shí)驗(yàn)裝置的基本原理及使

23、用方法；(2) 閱讀壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源說明書，掌握設(shè)備的操作方法;(3) 熟悉控制軟件的界面，了解各個(gè)參數(shù)的實(shí)際意義；(4) 展開實(shí)驗(yàn)，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告；5實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)1、室溫下，不同速度下使用'4X4鉛圓柱體坯料進(jìn)行微擠壓，觀察試 件的微擠壓成形過程，記錄實(shí)驗(yàn)參數(shù)及壓力、位移等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)曲線；實(shí)驗(yàn)2、在不同預(yù)緊力下，用-4X4坯料擠壓微型齒輪，觀察記錄不同預(yù)緊 力下擠壓力的大小以及成形齒輪的輪廓長(zhǎng)度；實(shí)驗(yàn)3、用-3X4鉛圓柱體坯料進(jìn)行擠壓實(shí)驗(yàn)，與-4X 4尺寸下作出比較, 記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析不同尺寸下擠壓力的變化及是否表現(xiàn)出尺度效應(yīng)。6實(shí)驗(yàn)步驟1. 將壓電陶瓷與驅(qū)動(dòng)電源連線，壓力傳感器

24、電源連線，數(shù)據(jù)采集卡與電腦連線；2. 把坯料放入模具，凹模固定，壓電陶瓷、壓力傳感器等各部件安裝固定；3. 打開電腦，運(yùn)行控制軟件，旋動(dòng)壓縮彈簧開始預(yù)緊，同時(shí)觀察軟件界面顯 示的壓力數(shù)據(jù)，達(dá)到預(yù)定值時(shí)停止預(yù)緊；4. 輸入設(shè)定的電壓等各個(gè)參數(shù)，點(diǎn)擊 Run按鈕開始擠壓；5. 記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；6. 擠壓完畢，卸下模具，取出試樣，觀察試樣輪廓外形，測(cè)量擠出長(zhǎng)度。7實(shí)驗(yàn)考核要求實(shí)驗(yàn)考核總體分為三部分實(shí)驗(yàn)前復(fù)習(xí)微擠壓基本原理，閱讀壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源說明書：20%實(shí)驗(yàn)操作：60%(1)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容給定的工作，順利擠出試件：40%(2)修改不同參數(shù)，了解不同參數(shù)下的意義： 20實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量： 20%8 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、應(yīng)根據(jù)微擠壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用范圍，按規(guī)定合理選用不同的載荷和速度， 超過使用范圍將對(duì)設(shè)備造成損壞。2