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（2）微细机械加工：包括传统铣削等，加工效率低，材料利用率低！哈尔滨 工业大学精密工程研究所梁迎春教授将微细铣削技术应用到微型零件加工中， 孙涛教授等人使用原子力显微镜实现微齿轮的加工，并成功刻画出如图所示 的微齿轮。
2.国内与国外研究现状
（3）微细电化学加工：包括化学各向异性刻蚀技术等，用于微型零件的 加工 和制造，但是其应用的范围有限！
学材料加工工程学科博士学位论文,2008. [7] 李文卓. 微细电火花加工系统及相关技术的研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学博士学位
论文. 2002. [8] 唐勇军, 胡富强, 王振龙等.微细点火花加工技术的最新进展.电加工与模具. 2005,增
刊:36-39. [9] T. Masuzawa. State of the Art of Micromachining. Annals of the CIRP. 2000,49(2):
5.研究进度安排与预期目标
安排： 2014年9月1日—2015年1月8日 阅读文献资料，翻译外文文章，准备开题报告。 2015月1月9日—2015年3月上旬 浮动模具及不同结构坯料在Pro/E中建模生成
STL图形数据文件，导入有限元软件DEFORM-3D中。 2015年3月上旬—2015年5月上旬 设置不同参数进行数值模拟，获得不同参数
因此，进行等温微模锻7075铝合金等温微模锻有限元分析研究是十分有意 义的。
2.国内与国外研究现状
目前，微型金属零件的生产主要采用微细电火花、微细机械加工、微细电 化学加工、LIGA 技术、微塑性成形等微细加工方法。
（1）微细电火花：是利用工件与微电极间脉冲放电产生的瞬时高温使工件材 料局部熔化和汽化，来达到加工的目的，使用该技术可以加工出几十微米甚 至更小的微型零件。但加工效率低！哈尔滨工业大学赵万生、王振龙教授等 人在微型零件的微细电火花加工工艺和加工设备方面开展了大量的研究工作， 加工出Ø4.5µm的微细轴和Ø8µm的微细孔，达到了世界先进水平。
在冷成形条件下，由于材料塑性流动能力有限，很难成形如此大高厚比的 微型特征结构。等温成形一方面可以有效的降低材料的变形抗力，同时还可以 提高材料的塑性流动能力，非常适用于形状复杂零件的精密成形。
锻件的成形受模具结构、锻造温度、成形速度、坯料结构等因素的影响， 随着计算科学的快速发展和有限元技术应用的日益成熟，模拟分析金属在塑性 变形过程中的流动规律在现实生产中得到愈来愈广泛的应用。使用传统的模具 设计制造过程已经不能适应其要求，而借助数值模拟可在模具加工制造之前分 析获得微模锻过程应力场、应变场、速度场、位移载荷曲线、成形缺陷、流线 分布和材料流动规律，从而优化工艺参数，预测成形缺陷，改善锻件的质量。
6.为完成课题所需的和已具备的条件
（1）完成课题所需：熟练操作pro/E和DEFORM-3D软件，深入了解本 领域知识，掌握等温微模锻变形机理和7075铝合金性能特点以及指 导老师的指导。
（2）已具备的条件：已经掌握相关理论知识、电脑设备、pro/E和 DEFORM-3D软件。
7.预计遇到的困难和解决方案
谢谢大家！
上述微型零件微细加工技术可以加工出尺寸非常小的零件，但在加工 效率、制造成本等方面存在不同程度的不足。因而开展效率高、成本低的 微塑性成形技术研究就显得尤为必要。
2.国内与国外研究现状
（6）中国科学院金属研究所程明等通过微型非晶合金齿轮的微塑性成形 实验和有限元模拟，制作微型齿轮模具，如图，研究了成形过程中载荷— 行程曲线的规律。结果表明，其载荷—行程曲线可分为镦粗、齿腔填充成 形和最后充满三个阶段，如图。有限元模拟结果可用于实验过程的再现和 优化。
（1）成型微叶轮零件具有高径比，造成填充满模具困难。采用浮动 凹模是受力方向与摩擦方向一致从而减小摩擦以及采用不同的坏料 结构改变金属流动方向使坏料充满型腔。
（2）DEFORM-3D模拟运行时间长，运算量大。取1/4坏料参与计 算，并相应添加载荷与边界条件。
8.参考文献
[1] 王传杰.纯镍微成形流动应力尺寸效应及充填行为研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学材 料加工工程学科博士学位论文,2013. [2] 刘雪花.基于MEMS的微型振动式发电机系统的研究[D].重庆：重庆大学仪器与技术学 科硕士学位论文,2006. [3] 高文涛,微型叶轮泵内流动结构的CFD数值模拟研究[D].北京化工大学机械工程学科硕 士学位论文,2013. [4] 王春举.微塑性成形机理及精密微塑性体积成形装置研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学 机械电子工程学科博士学位论文,2007. [5] 泮战侠,曹建国,莫华强.7075铝合金模锻成形过程有限元模拟[A].成都:金属铸锻焊技 术,2009,38,7: 74-77. [6] 史科.TC11钛合金叶轮类复杂构件等温成形规律与数值模拟[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大
473-488.
8.参考文献
[10]S. C. Di, R. N. Huang, W. S. Zhao. A Micro Die Fabrication Method byUsing MWEDM. Z. R. Wang, T. A. Dean. Proceeding of the 1st ICNFT.Harbin, China. 2004: 159-164. [11]Y. Yan, T. Sun, etal. Novel Micromachining Method Based on AFM and HighAccuracy Stage. Proceeding of SPIE. 2003, 4979: 364-371. [12]R. Ruprecht et al. Various Replication Techniques for Manufacturing ThreeDimensional Metal Microstructures. Microsystem Technologies. 1997,4: 28. [13](2005.5.13). [14]J. Döppr,M. Clmens, W. Ehrfeld, S. Jung, K-P Kämper and H. Lehr. MicroGear Pumps for Dosing of Viscous Fluids. 1997,7: 230-232. [15]张晔, 陈迪, 潘欣欣等. UV-LIGA 双层微齿轮加工工艺研究. 微细加工技术. 2005, 12(4):69-75. [16]程明,张士宏,等.微型非晶合金齿轮微塑性成形的研究[A]. 航天制造技术,2006,4:4-6. [17] J.L.Wang,M.W.Fu,J.Q.Ran.Analysis and Avoidance of flow-induced defects in meso-forming process[J].Simulation and Experiment,2013:123-126.
1.模具结构：浮动模具与固定模具 2.变形温度：360℃,390℃,420℃,450℃ 3.变形速度：2um/s,4um/s,6um/s,8um/s 4.坏料结构：（a）直径1.8mm圆柱毛坯
（b）外圆直径5mm,内圆直径1mm （c）外圆直径5mm,内圆直径2mm （d）外圆直径5mm,内圆直径3mm
3.研究内容与关键问题
内容：研究模具结构、成形温度、变形速度、坯料结构对微模锻过程 的微模锻过程应力场、应变场、速度场、位移载荷曲线、成形缺陷、流 线分布和材料流动的影响规律。
问题：解决大高径比材料填充困难和多参数相互之间的影响规律问题， 得到最优参数。
4.研究方法与技术路线
用Pro/E建立浮动与固定模具 结构坯料模型，导入
近年来， 随着微电子机械系统在航空航天、电子信息工程、 生命科学、国防等领域中的广泛应用，微型零件的制造加工 技术也得到很大的发展。
微型叶轮在微型发电机、微型发动机、微型涡轮、微型泵 等微型系统中有着十分重要的应用。
微型发电机中叶轮
微型涡轮
微型泵中叶轮
1.课题背景及意义
7075铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系超硬铝，重量轻、强度高，同时还具有良好 的疲劳强度和冷热加工性，在150℃以下仍有较高的强度。7075铝合金的这些 特点决定了其非常适宜生产微型发电机用的微型叶轮构件。
（4）LIGA 技术：是X射线深层光刻、微电铸和微塑铸三个工艺的组合。 由于采用光刻 技术使得LIGA技术很难应用于倾斜面、复杂三维曲面的
微 细三维加工，并且使用的同步辐射X射线源比较昂贵，因而极大地限制
了 该项技术的应用范围！德国美茵茨微技术研（InstitutfürMikrotechnik Mainz）将LIGA技术和精加工技术相结合，成功制造出齿高80µm、总 高550µm的二阶微型齿轮组和微型齿轮行星减速器，如图所示。
7075铝合金微型叶轮等温微模锻有 限元分析
指导老师：XXX 作者：XXX 201X年1月8日
1.课题背景与意义 内与国外研究现状 3.研究内容与关键问题 4.研究方法与技术路线 5.研究进度安排与预期目标 6.为完成课题所需的和已具备的条件 7.预计遇到的困难和解决方案 8.参考文献
1.课题背景与意义
有限元软件DEFORM-3D中
在DEFORM-3D软件 中分别选用浮动模具 和固定模具模拟其对 锻件微模锻过程的影响规律
采用浮动凹模研究 变形速度对
锻件微模锻过程影响规律
采用浮动凹模 研究变形温度对 锻件微模锻过程影响规律
采用浮动凹模 研究坏料结构对 锻件微模锻过程影响规律
4.研究方法与技术路线
具体参数设置（根据零件结构图，如图）
对微模锻过程中应力场、应变场、速度场、位移载荷曲线、成形缺陷、流线 分布和材料流动的影响规律，对数值模拟结果分析，获得优化参数，准备 中期答辩。 2015年5月上旬—2015年6月上旬 整理结果，撰写论文，准备毕设答辩。 目标： 应用Pro/E和DEFORM-3D软件，研究模具结构、变形温度、成形速度、坯料结 构等因素对7075合金微模锻过程应力场、应变场、速度场、位移载荷曲线、成 形缺陷、流线分布和材料流动影响规律，获得应力应变曲线，并通过数值分析 获得最终优化参数，为叶轮实际生产制造提供理论指导。
