1.2.2 DEFORM-3D系统简介

DEFORM-3D是一种有限元分析软件，由美国Battelle Columbus实验室开发综合建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟仿真分析在DEFORM-3D中均可以实现，而且它还可以进行冷、温热成形，能够提供丰富的有价值的工艺分析数据。DEFORM-3D的特点包括：能够进行网格的自动剖分，不需人工干预；边界条件能够在前处理中自动生成，这样数据的准备就很快而且可靠；可以进行成形过程中的每一步分析；可以分析多个变形体、复杂的模具组合；材料的模型很丰富，数据库中不仅有各种常见的材料模型如刚性、塑性等，用户还可以自己定义材料的模型。正是基于上述的优点，使得DEFORM-3D在工业生产中得到广泛的应用。

DEFORM-3D的结构由前处理器、模拟处理器和后处理器三大模块组成。

1.3 微齿轮成形技术

齿轮在机械传动中应用广泛，近年来，齿轮的尺寸越做越越小，微齿轮在微机电系统(MEMS)中的需求量越来越高。

石文天等[4]对LIGA和准LIGA、微塑性成形、WEDM工艺、微细切削加工、微刻蚀加工等微齿轮的加工方法进行了分析，也对这些方法加工出来的微齿轮进行了介绍，并指出各种加工方法的优点及不足，还分析了各种方法的适用范围。塑性加工方法是微塑性成形的主要加工方法，它能制造出毫米甚至微米尺度的微小型零件，包括微挤压成形、微冲压成形等，具有精度较高、成本较低、效率较高、污染少、净成形等优点。利用塑性成形的方法加工齿轮，对齿轮材料的塑性要求较高，需要其具有很好的塑性。对于热成型齿轮，需要其材料具有较低的熔点、较强的流动性以及较低的收缩率。材料的性能对塑性成形的限制比较大，模具高的制造精度以及较小的尺寸，同样限制了微齿轮的塑性成形。

1.4 微齿轮

国内外对于微齿轮的研究有很多，主要集中在加工工艺方面。

最早的微齿轮是加州大学伯克利分校于1987年制造出来的，紧接着直径为700μm的微齿轮由美国Ruthefford Appleton 实验室[5]制造出，随后贝尔实验室[6]也制造出了直径为400μm的微齿轮。直径为1192μm、高度为500μm 的微型齿轮被德国美茵茨微技术研究所制造出来，该齿轮的制造利用了LIGA技术。能够相互啮合、直径达到5-10μm的齿轮[7]被匈牙利科学院于2001年利用双光子微细加工的方法制造出来。直径2mm 的微型摆线齿轮传动装置[8]由德国和日本合作研发出来，他们利用了LIGA 技术多次曝光的方法。直径为1.7mm的微齿轮被美国普渡大学制造出来，他们利用了微细电火花加工的方法。直径200μm、模数20μm[10]和直径100μm、模数为10μm[11]的Al-78Zn合金齿轮被日本GUMA 大学的Saotome 等采用微挤压的方法制备出来，另外还采用同样的方法制备出模数为50μm LaAlNi非晶材料微齿轮，他们利用各向异性腐蚀和光刻的方法制造挤压所用的模具[10]。文献综述

近年来，国内对于微型齿轮的研究也比较热，研究成果丰富多样。刘香茹 [12]等制造出齿数z= 6、模数m = 0.125 mm、压力角α= 20°、齿顶圆直径d = 1 mm的微齿轮。他们自主设计了挤压所用的模具，并对模具结构进行了优化；由于挤压过程为650 ℃温度下正向热挤压，挤压杆利用碳化钨硬质合金制作，其余相关模具用4Cr5MoSiV1 制作。模数为0.06 mm微型行星齿轮减速器由上海交通大学在1998年研制出，采用了微细电火花加工技术，之后模数为0.03 mm、最大外径为2 mm微型行星齿轮减速器[13]也被他们研制出来。直径为350μm的微型齿轮[14]被哈尔滨工业大学研制出，同样采用微细电火花加工技术。15-25μm 直径的微型双联齿轮[15]被中国科学技术大学利用双光子微细加工方法研制出。双层微齿轮被张晔等[16]制备出来，他们采用SU-8 光刻胶UV-LIGA 技术，单层齿轮的厚度达到450μm。