一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的方法及裝置，其適用于板材的微成形【技術(shù)領(lǐng)域】。所述的方法是，先利用激光對工件加熱，再利用壓縮機產(chǎn)生的高壓氣體驅(qū)動金屬板，使金屬板及其下面的彈性介質(zhì)同時向下運動，被軟化的工件在彈性介質(zhì)與微型模具間受到擠壓，使工件產(chǎn)生塑性變形，復(fù)制出微型模具的形貌，實現(xiàn)工件的快速精密成形，最后，彈性介質(zhì)回彈，在成形結(jié)束后帶動金屬板返回到初始位置，更換工件，可實現(xiàn)重復(fù)批量生產(chǎn)。本發(fā)明能夠提高板材的成形性能，保證了工件表面質(zhì)量，利用彈性介質(zhì)代替凸模，簡化了工藝，也使得加載壓力更加均勻，成形能力得到增強，可以實現(xiàn)低成本和大批量的板材微成形。
【專利說明】—種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微成形【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說涉及一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多具有輕、薄、短、小、多功能特點的微器件產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于航空航天、精密儀器、生物和醫(yī)療器械、電信電子以及國防等多個領(lǐng)域，與之相關(guān)的金屬微器件產(chǎn)品的加工工藝也顯得越來越重要，從而促進(jìn)了金屬微成形技術(shù)的快速發(fā)展，這里所謂的微成形是指通過材料的塑性變形來獲得的零件尺寸至少在兩維方向上達(dá)到毫米量級以下的技術(shù)。
[0003]現(xiàn)有成形微構(gòu)件的微機械加工技術(shù)，是利用在集成電路工業(yè)中發(fā)展起來的材料和加工技術(shù)在娃和其他相關(guān)材料表面上加工微小結(jié)構(gòu)的技術(shù)，主要依賴于LIGA、光刻、娃微加工和化學(xué)蝕刻等MEMS技術(shù)，無法滿足三維復(fù)雜形狀微器件的加工，也限制了加工材料的多樣性。另外，由于微器件成形工藝復(fù)雜，周期長，設(shè)備投資大，而且成形的可重復(fù)性差，不適合微型器件的批量生產(chǎn)。
[0004]因此，國內(nèi)外眾多學(xué)者在現(xiàn)有的微成形工藝的基礎(chǔ)上開始積極探索新的微成形工藝，人們已經(jīng)開始將氣壓成形技術(shù)用于塑性成形，板材在氣體驅(qū)動作用下變形更均勻，因此能獲得更大的變形量，提高成形零件的性能和質(zhì)量。例如專利CN1911552A提出了一種液壓或氣壓成形板料的方法，能夠獲得均勻的充模壓力，但其成形過程需經(jīng)過多工序，比較復(fù)雜、成形效率比較低，而且沒有涉及板材的微成形；專利CN1903473A公開了一種鎂合金手機外殼的溫?zé)岢尚畏椒捌鋵Ｓ媚＞?，主要?yīng)用于鎂合金板材溫?zé)崂旃に嚦尚巍ｋm然其方法工藝參數(shù)控制準(zhǔn)確，材料利用率高，但并未涉及鎂合金以外其它材料的成形，適用范圍狹窄；專利CN2774673提出了一種利用溫?zé)嵋簤撼尚蔚姆椒ǎ菍δ＞叩拿芊庑砸蠛芨?，同樣不適合微成形；專利CN101318204A提出了一種利用紅外加熱金屬箔板氣壓成形的方法，利用紅外熱源對金屬箔板精確加熱，再利用高壓氣體對軟化的金屬箔板加壓，配合微型模具，實現(xiàn)金屬箔板的精密成形，其工藝簡化，沖模能力得到提高，但是更換待加工板材比較麻煩，而且采用紅外加熱效率低，其采用模具雖為陣列特征，但其單孔沖擊成形，每次只能成形特定的一個形狀，成形效率低。
[0005]由以上可以看出，氣壓成形可應(yīng)用于塑性成形，但仍存成形工藝復(fù)雜，應(yīng)用范圍狹窄，成形效率低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的方法及裝置，能夠精確復(fù)制微模具上的微細(xì)特征到工件上，其適用于板材的快速成形，可以實現(xiàn)微器件的低成本批量化生產(chǎn)。
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下: 一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的方法，包括以下步驟:
步驟1:計算機通過控制激光器輻射激光對工件進(jìn)行加熱，同時，通過計算機控制測溫儀，測溫儀把測量到的溫度信息反饋到計算機，計算機能夠?qū)崟r控制加熱的時間，以保證加熱溫度在加工需要的范圍，避免過熱和加熱不足；
步驟2:當(dāng)溫度達(dá)到工件的軟化溫度，通過計算機控制空氣壓縮機，打開空氣壓縮機并調(diào)節(jié)壓力大小，高壓氣體經(jīng)過氣壓噴頭噴射，驅(qū)動氣壓噴頭下方的金屬板，帶動金屬板下方的彈性介質(zhì)一起向下運動；
步驟3:被軟化的工件在彈性介質(zhì)與微型模具之間受到擠壓，使工件產(chǎn)生塑性變形，配合微型模具，復(fù)制出微型模具的形貌，實現(xiàn)工件的快速精密成形；
步驟4:在工件成形之后，彈性介質(zhì)回彈，帶動金屬板恢復(fù)到初始位置，更換工件，可多次重復(fù)加工工件使其成形。
[0008]所述的工件是板材。
[0009]一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的裝置，該裝置包括底座、微型模具、外壁、環(huán)形卡套、彈性介質(zhì)、金屬板、氣壓噴頭、空氣壓縮機、計算機、測溫儀、激光器、光路系統(tǒng)和分光器;
所述的空氣壓縮機一端連接計算機，另一端與氣壓噴頭相連，空氣壓縮機由計算機控制；氣壓噴頭的下面設(shè)有金屬板，金屬板的下面設(shè)有彈性介質(zhì)，所述的彈性介質(zhì)包括上下兩層，彈性介質(zhì)的上層與外壁相連，彈性介質(zhì)的下面設(shè)有微型模具，彈性介質(zhì)與微型模具不相連，所述的微型模具上設(shè)有至少兩個均勻分布的凹坑，工件一次性可以成形多個凹坑，實現(xiàn)大面積微成形，微型模具設(shè)于底座上，工件設(shè)于微型模具的上面，環(huán)形卡套設(shè)于工件的上面，工件通過環(huán)形卡套固定其位置；
微型模具的下面設(shè)有加熱系統(tǒng)，所述的加熱系統(tǒng)包括激光器、光路系統(tǒng)、分光器和測溫儀，所述的激光器一端與計算機相連；激光器根據(jù)計算機發(fā)出的指令工作，另一端與光路系統(tǒng)的一端相連，光路系統(tǒng)的另一端與分光器相連，測溫儀設(shè)于分光器的一側(cè)，測溫儀與計算機相連，測溫儀將檢測的溫度數(shù)據(jù)反饋于計算機。所述的空氣壓縮機、激光器和測溫儀均通過數(shù)據(jù)線與計算機連接。
[0010]所述的工件是板材，所述的板材為金屬箔板或者復(fù)合材料板，
所謂彈性介質(zhì)，若某物體在外力作用下產(chǎn)生形變；當(dāng)外力去掉之后，物體能迅速恢復(fù)到受力前的形態(tài)和大小，物體的這種性質(zhì)稱為彈性。具有這種性質(zhì)的物質(zhì)，稱之為彈性介質(zhì)。所述的彈性介質(zhì)可以是天然橡膠或者合成橡膠。
[0011]所述的彈性介質(zhì)的上下兩層是同種材料，彈性介質(zhì)的上層與彈性介質(zhì)的下層的中部粘結(jié)成一體。彈性介質(zhì)分兩層是因為彈性介質(zhì)如果分層太多不利于成形，沖擊力??；不分層的話，工件質(zhì)量不好。彈性介質(zhì)的上層主要拉伸和回彈的作用，下層主要是可以作為工件成形中的柔性沖頭，在沖擊過程中彈性介質(zhì)與工件互相貼合在一起，使得工件受力均勻，成形能力增強，由于彈性介質(zhì)的硬度比工件硬度低的多，所以工件不會產(chǎn)生擦傷，提高了工件質(zhì)量。在工件成形前，所述彈性介質(zhì)能支撐起金屬板，而工件成形后，彈性介質(zhì)回彈可使金屬板返回至初始位置。
[0012]有益效果:傳統(tǒng)的成形需要凸模和凹模，本發(fā)明通過高壓氣體的成形不需要凹模即可成形出所需要的工件；本發(fā)明能夠提高工件的成形性能，保證了工件表面質(zhì)量，利用彈性介質(zhì)代替凸模，簡化了工藝，也使得加載壓力更加均勻，成形能力得到增強，可以實現(xiàn)低成本和大批量的板材微成形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中:1:底座；2:微型模具；3:工件；4:外壁；5:環(huán)形卡套；6:彈性介質(zhì)；7:金屬板；8:氣壓噴頭；9:空氣壓縮機；10:計算機；11:測溫儀；12:激光器；13:光路系統(tǒng)；14:分光器。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
實施例
[0015]如圖1所示，一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的方法，包括以下步驟:
步驟1:計算機10通過控制激光器12輻射激光對工件3進(jìn)行加熱，同時，通過計算機10控制測溫儀11，測溫儀11把測量到的溫度信息反饋到計算機10，計算機10能夠?qū)崟r控制加熱的時間，以保證加熱溫度在加工需要的范圍，避免過熱和加熱不足；
步驟2:當(dāng)溫度達(dá)到工件3的軟化溫度，通過計算機10控制空氣壓縮機9，打開空氣壓縮機9并調(diào)節(jié)壓力大小，高壓氣體經(jīng)過氣壓噴頭8噴射，驅(qū)動氣壓噴頭8下方的金屬板7，帶動金屬板7下方的彈性介質(zhì)6 —起向下運動；
步驟3:被軟化的工件3在彈性介質(zhì)6與微型模具2之間受到擠壓，使工件3產(chǎn)生塑性變形，配合微型模具2，復(fù)制出微型模具2的形貌，實現(xiàn)工件3的快速精密成形；
步驟4:在工件3成形之后，彈性介質(zhì)6回彈，帶動金屬板7恢復(fù)到初始位置，更換工件3，可多次重復(fù)加工工件3使其成形。
[0016]所述的工件3是板材。
[0017]一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的裝置，該裝置包括底座1、微型模具2、外壁4、環(huán)形卡套5、彈性介質(zhì)6、金屬板7、氣壓噴頭8、空氣壓縮機9、計算機10、測溫儀11、激光器12、光路系統(tǒng)13和分光器14 ；
所述的空氣壓縮機9 一端與計算機10相連，另一端與氣壓噴頭8相連，空氣壓縮機9由計算機10控制；氣壓噴頭8的下面設(shè)有金屬板7，金屬板7的下面設(shè)有彈性介質(zhì)6，所述的彈性介質(zhì)6包括上下兩層，彈性介質(zhì)6的上層與外壁4相連，彈性介質(zhì)6的下面設(shè)有微型模具2，彈性介質(zhì)6與微型模具2不相連，所述的微型模具2上設(shè)有至少兩個均勻分布的凹坑，工件3 —次性可以成形多個凹坑，實現(xiàn)大面積微成形，微型模具2設(shè)于底座I上，工件3設(shè)于微型模具2的上面，環(huán)形卡套5設(shè)于工件3的上面，工件3通過環(huán)形卡套5固定其位置；微型模具2的下面設(shè)有加熱系統(tǒng)，所述的加熱系統(tǒng)包括激光器12、光路系統(tǒng)13、分光器14和測溫儀11，所述的激光器12 —端與計算機10相連，激光器12根據(jù)計算機10發(fā)出的指令工作，另一端與光路系統(tǒng)13的一端相連，光路系統(tǒng)13的另一端與分光器14相連，測溫儀11設(shè)于分光器14的一側(cè)，測溫儀11與計算機10相連，測溫儀11將檢測的溫度數(shù)據(jù)反饋于計算機10。所述的空氣壓縮機9、激光器12和測溫儀11通過數(shù)據(jù)線與計算機10相連。[0018]所述的工件3是板材，所述的板材為金屬箔板或者復(fù)合材料板。
[0019]所述的彈性介質(zhì)6可以是天然橡膠或者合成橡膠。
[0020]所述的彈性介質(zhì)6的上下兩層是同種材料，彈性介質(zhì)6的下層與彈性介質(zhì)6的上層的中部粘結(jié)成一體，彈性介質(zhì)6分兩層是因為彈性介質(zhì)如果分層太多不利于成形，沖擊力??；不分層的話，工件質(zhì)量不好。彈性介質(zhì)6的上層主要拉伸和回彈的作用，下層主要是可以作為工件成形中的柔性沖頭，在沖擊過程中彈性介質(zhì)6與工件3互相貼合在一起，使得工件3受力均勻，由于彈性介質(zhì)6的硬度比工件3的硬度低的多，所以工件3不會產(chǎn)生擦傷，提高了工件質(zhì)量，在高壓氣體成形前，所述彈性介質(zhì)6能支撐起金屬板7，而工件3成形后，彈性介質(zhì)6回彈可使金屬板7返回至初始位置。
[0021]具體實施過程如下:
首先，將微型模具2固定在底座I上，把工件3放在微型模具2上方，放至好位置后，用環(huán)形卡套5將工件3固定；其次，利用計算機10控制激光器12對微型模具2上面的工件3進(jìn)行加熱，同時用計算機10控制測溫儀11，測溫儀11將測量的溫度信息反饋到計算機10，當(dāng)加熱溫度達(dá)到工件3的軟化溫度，利用計算機10打開空氣壓縮機9并控制壓力大小，高壓氣體經(jīng)過氣壓噴頭8噴射，氣壓噴頭8下方的金屬板7及彈性介質(zhì)6向下運動，被軟化的工件3在彈性介質(zhì)6與微型模具2間受到擠壓，使工件3產(chǎn)生塑性變形，結(jié)合微型模具2上的凹坑，使得工件3復(fù)制出凹坑的形狀實現(xiàn)工件3的快速精密成形；最后，彈性介質(zhì)6回彈，帶動金屬板7恢復(fù)到初始位置，更換工件3，可實現(xiàn)重復(fù)生產(chǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:計算機通過控制激光器輻射激光對工件進(jìn)行加熱，同時，通過計算機控制測溫儀，測溫儀把測量到的溫度信息反饋到計算機； 步驟2:當(dāng)溫度達(dá)到工件的軟化溫度，通過計算機控制空氣壓縮機，打開空氣壓縮機并調(diào)節(jié)壓力大小，高壓氣體經(jīng)過氣壓噴頭噴射，驅(qū)動氣壓噴頭下方的金屬板，帶動金屬板下方的彈性介質(zhì)一起向下運動； 步驟3:被軟化的工件在彈性介質(zhì)與微型模具之間受到擠壓，使工件產(chǎn)生塑性變形，配合微型模具，復(fù)制出微型模具的形貌，實現(xiàn)工件的快速精密成形； 步驟4:在工件成形之后，彈性介質(zhì)回彈，帶動金屬板恢復(fù)到初始位置，更換工件，可多次重復(fù)加工工件使其成形。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的方法，其特征在于:所述的工件是板材。
3.一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的裝置，其特征在于:該裝置包括底座、微型模具、外壁、環(huán)形卡套、彈性介質(zhì)、金屬板、氣壓噴頭、空氣壓縮機、計算機、測溫儀、激光器、光路系統(tǒng)和分光器； 所述的空氣壓縮機一端連接計算機，另一端與氣壓噴頭相連，空氣壓縮機由計算機控制；氣壓噴頭的下面設(shè)有金屬板，金屬板的下面設(shè)有彈性介質(zhì)，所述的彈性介質(zhì)包括上下兩層，彈性介質(zhì)的上層與外壁相連，彈性介質(zhì)的下面設(shè)有微型模具，彈性介質(zhì)與微型模具不相連，微型模具設(shè)于底座上，工件設(shè)于微型模具的上面，環(huán)形卡套設(shè)于工件的上面； 微型模具的下面設(shè)有加熱系統(tǒng)，所述的加熱系統(tǒng)包括激光器、光路系統(tǒng)、分光器和測溫儀，所述的激光器一端與計算機相連；激光器根據(jù)計算機發(fā)出的指令工作，另一端與光路系統(tǒng)的一端相連，光路系統(tǒng)的另一端與分光器相連，測溫儀設(shè)于分光器的一側(cè)，測溫儀與計算機相連，測溫儀將檢測的溫度數(shù)據(jù)反饋于計算機。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的裝置，其特征在于:所述的彈性介質(zhì)的上下兩層是同種材料，彈性介質(zhì)的上層與彈性介質(zhì)的下層的中部粘結(jié)成一體。
5.如權(quán)利要求3所述的一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的裝置，其特征在于:所述的工件是板材。
6.如權(quán)利要求3所述的一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的裝置，其特征在于:所述的微型模具上設(shè)有至少兩個均勻分布的凹坑。
7.如權(quán)利要求3所述的一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的裝置，其特征在于:所述的空氣壓縮機、激光器和測溫儀均通過數(shù)據(jù)線與計算機相連。
8.如權(quán)利要求5所述的一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的裝置，其特征在于:所述的板材為金屬箔板或者復(fù)合材料板。
9.如權(quán)利要求3或者4所述的一種基于高壓氣體驅(qū)動使板材微成形的裝置，其特征在于:所述的彈性介質(zhì)是天然橡膠或者合成橡膠。
【文檔編號】B21D26/031GK103769460SQ201410016693
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】王霄, 張迪, 沈宗寶, 顧春興, 顧宇軒, 邱唐標(biāo), 馬友娟, 劉會霞 申請人:江蘇大學(xué)