CN100358709C - 微小形零件超塑性挤压成形装置 - Google Patents

微小形零件超塑性挤压成形装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微小形零件超塑性挤压成形装置，目的是解决现有技术挤压成形装置行程小的问题，包括减速机构(1)、导向机构(2)、成形机构、压电陶瓷驱动器(51)、交流伺服电机、传感器组件以及计算机，交流伺服电机的动力输出端与减速机构(1)的蜗杆(18)固连，减速机构(1)的螺杆(15)通过螺纹与导向机构(2)的差动螺母(22)的下腔相连，差动螺母(22)与顶杆(39)固连。由于采用蜗轮蜗杆和差动螺母产生力推动模具进给，使得挤压成形装置挤压行程增大，在毫米级范围内可自由进给；在完成挤压过程的前一个时刻采用压电陶瓷驱动器对挤压行程进行微调，达到精确控制挤压精度的目的，实现了微米级范围内的精确控制。

Description

微小形零件超塑性挤压成形装置
技术领域
本发明涉及一种超塑性挤压成形装置，特别涉及微小形零件超塑性挤压成形装置。
背景技术
参照图3，文献1“《Superplastic backward micro extrusion of micro-parts for micro-electro-mechanical systems》yasunori Saotome Hiroyuki iwazaki Journal of materialprocessing technology 119 2001 307-311”介绍了一种微米级零件成形装置，在平台31上固定有真空罩36，所有成型及调节设施都处于真空罩36内，真空罩36内为真空环境或者充惰性气体。精密旋钮61穿过固定架62与可动平板63固连，压力传感器41置于平台31上，其一端与可动平板63接触，另一端与压电陶瓷驱动器51接触，压电陶瓷驱动器51另一端固连在顶杆39上，顶杆39连接模具38，坯料37置于模具38左侧并放于挤压桶34内，挤压桶34与固定架62连接，模具38的周围是电阻丝加热器33。该装置利用精密旋钮61和压电陶瓷驱动器51交替作用完成成形过程。精密旋钮61进给后，通过压力传感器检测达到力的设定值后，压电陶瓷驱动器51工作，通过压电效应下产生的力推动模具，两个过程交替动作完成成形过程。该装置受其成形原理影响而造成挤压行程小，模具行程约为1mm，仅能够在材料超塑性状态下成形微米级零件。
参照图4，文献2“申请号为03132554.8的中国专利”介绍了郭斌等人发明的精密塑性成形系统，将文献1中所述的精密旋钮61用步进电机替代，压力传感器41一端通过螺母64与步进电机输出轴相连，另一端与压电陶瓷驱动器51接触，压电陶瓷驱动器51通过陶瓷球与上冲头65接触，上冲头65连接模具38，坯料37置于模具38里面，模具38置于挤压桶34内，挤压桶34固连在箱体内，模具38的周围是电阻丝加热器33。该装置的成形原理与文献1一样，所产生的挤压力小，成形零件尺寸在1mm以内。
发明内容
为了克服现有技术挤压成形装置行程小的不足，本发明提供一种微小形零件超塑性挤压成形装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微小形零件超塑性挤压成形装置，包括平台31、电阻丝加热器33、挤压桶34、真空罩36、模具38、顶杆39、压力传感器41、热电偶42和压电陶瓷驱动器51，其特征在于：还包括支架32、顶盖35、位移传感器43、减速机构1、导向机构2、交流伺服电机和计算机，平台31固连在导向机构2的上端面，支架32固连在平台31上，挤压桶34固连在支架32上，在挤压桶34外围环绕着电阻丝加热器33，模具38放置在顶杆39上，顶盖35压住坯料37固连在挤压桶34上，压力传感器41置于导向机构2的差动螺母22与顶杆39之间，压电陶瓷驱动器51放置在差动螺母22上端的圆柱腔内，压电陶瓷驱动器51上的压电触头52与差动螺母22的上端面在同一平面内，差动螺母22的下腔通过螺纹与减速机构1的螺杆15相连，位移传感器43下端固定在导向机构2的导轨21外侧，其上端与顶杆39的底座刚性连接，交流伺服电机的动力输出端与减速机构1的蜗杆18固连，计算机通过接口电路接收压力传感器41、热电偶42和位移传感器43的电信号，并输出用来控制电阻丝加热器33、压电陶瓷驱动器51和交流伺服电机的电信号。
所述的减速机构1包括下轴承盖11、下轴承12、蜗轮螺母13、上轴承14、螺杆15、上轴承盖16、减速箱箱体17和蜗杆18，蜗轮螺母13通过上轴承14和下轴承12与减速箱箱体17连接，螺杆15与蜗轮螺母13螺旋连接，下轴承12和上轴承14的内圈与蜗轮螺母13过盈配合，下轴承12和上轴承14的外圈与减速箱箱体17过盈配合。
所述的导向机构2包括导轨21和差动螺母22，导轨21固连在减速机构1的减速箱箱体17上，差动螺母22依靠均匀分布的四个凸台可在导轨21的行程内上下移动。
所述的支架32其中心为一通孔，上半部分与顶杆39上半部分等大，下半部分与顶杆39下半部分等大。
所述的顶杆39为三台柱形状，上小下大，上半段为空心状。
本发明的有益效果是：由于采用减速机构中的蜗轮蜗杆和差动装置中的差动螺母产生力推动模具进给，使得本发明挤压行程增大，在毫米级范围内自由进给，位移传感器检测挤压行程的位移信号。挤压力依靠机械部分提供，在完成挤压过程的前一个时刻采用压电陶瓷装置对挤压行程进行微调，达到精确控制挤压精度的目的，实现了微米级范围内的精确控制。
由于采用交流伺服电机和减速机构，使得整个成形过程挤压速度均匀，易于实现速度和位移的精确控制，提高了成形件的质量。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明微小形零件超塑性挤压成形装置结构示意图
图2是图1中成形机构放大图
图3是文献1成形装置结构示意图
图4是文献2成形装置结构示意图
图中，11-下轴承盖  12-下轴承  13-蜗轮螺母  14-上轴承  15-螺杆  16-上轴承盖17-减速箱箱体  18-蜗杆  21-导轨  22-差动螺母  31-平台  32-支架  33-电阻丝加热器34-挤压桶  35-顶盖  36-真空罩  37-坯料  38-模具  39-顶杆  41-压力传感器  42-热电偶43-位移传感器  51-压电陶瓷驱动器  52-压电触头  61-精密旋钮  62-固定架  63-可动平板64-螺母  65-上冲头
具体实施方式
参照图1～3，本发明由减速机构、导向机构、成形机构以及传感器组件构成。减速机构包括下轴承盖11、下轴承12、蜗轮螺母13、上轴承14、螺杆15、上轴承盖16、减速箱箱体17和蜗杆18。蜗轮螺母13通过上下轴承与减速箱箱体17连接，螺杆15与蜗轮螺母13螺旋连接，下轴承12和上轴承14的内圈与蜗轮螺母13过盈配合，下轴承12和上轴承14的外圈与减速箱箱体17过盈配合。
导向机构包括导轨21和差动螺母22。导轨21固连在减速箱箱体17上，差动螺母22外圈均匀分布四个凸台，上端圆柱腔用来放置压电驱动器51，下腔通过螺纹和螺杆15相连，压电陶瓷驱动器51上的压电触头52与差动螺母22的上端面在同一平面内，压力传感器41置于差动螺母22与顶杆39之间。位移传感器43下端固定在导轨21外侧，其上端与顶杆39的底座刚性连接。
压电陶瓷驱动器51是本装置的微传动部分，该部分安放在差动螺母22的上腔内。当挤压进行到微米级位移时，控制交流伺服电机，螺杆15停止进给，位移传感器43检测到位移信号，通过计算机反馈控制压电陶瓷驱动器51，此时压电陶瓷5开始动作，使挤压尺寸精度控制在微米级，完成挤压过程的微进给。
成形机构包括平台31、支架32、电阻丝加热器33、挤压桶34、顶盖35、真空罩36、模具38和顶杆39。支架32其中心为一通孔，上半部分与顶杆39上半部分等大，下半部分与顶杆39下半部分等大。顶杆39为三台柱形状，上小下大，上半段中空。平台31固连在导轨2的上端面：真空罩36与平台31组成真空工作环境，支架32固连在平台31上，挤压桶34固连在支架32上，电阻丝加热器33环绕在挤压桶34外围，顶杆39穿过平台31和支架32上的孔，模具38放置在顶杆39上，坯料37放置在模具38之上，顶盖35压住坯料37固连在挤压桶34上。
整个装置通过箱体17固连在工作台上，螺杆15穿过工作台上的孔伸向工作台台面下。
交流伺服电机的动力输出端与减速机构1的蜗杆18固连，计算机通过接口电路接收压力传感器41、热电偶42和位移传感器43的电信号，并输出用来控制电阻丝加热器33、压电陶瓷驱动器51和交流伺服电机的电信号。
挤压成形开始，先启动真空设备，使得真空罩36内的真空度达到0.6～20Pa。开启电阻丝加热器，使模具38、挤压桶34和坯料37都达到坯料处于超塑状态的温度，稳定10分钟，开启交流伺服电机，交流伺服电机带动减速机构，减速机构的差动螺母22推动成形机构的顶杆39，顶杆39推动模具38，模具38挤压坯料37，坯料37反向从模具38中挤出成形。
本装置在成形过程中，利用减速机构中的蜗轮蜗杆和差动装置中的差动螺母产生力推动模具进给，位移传感器检测挤压行程的位移信号。挤压力依靠机械部分提供，在完成挤压过程的前一个时刻采用压电陶瓷装置对挤压行程进行微调，达到精确控制挤压精度的目的。
为提高成形件的质量，挤压速度要求匀速，因此采用交流伺服电机和减速机构的设计方案，易于实现速度和位移的精确控制，从而保证了成形零件的质量。

Claims (5)

1、一种微小形零件超塑性挤压成形装置，包括平台(31)、电阻丝加热器(33)、挤压桶(34)、真空罩(36)、模具(38)、顶杆(39)、压力传感器(41)、热电偶(42)和压电陶瓷驱动器(51)，其特征在于：还包括支架(32)、顶盖(35)、位移传感器(43)、减速机构(1)、导向机构(2)、交流伺服电机和计算机，平台(31)固连在导向机构(2)的上端面，支架(32)固连在平台(31)上，挤压桶(34)固连在支架(32)上，在挤压桶(34)外围环绕着电阻丝加热器(33)，模具(38)放置在顶杆(39)上，顶盖(35)压住坯料(37)固连在挤压桶(34)上，压力传感器(41)置于导向机构(2)的差动螺母(22)与顶杆(39)之间，压电陶瓷驱动器(51)放置在差动螺母(22)上端的圆柱腔内，压电陶瓷驱动器(51)上的压电触头(52)与差动螺母(22)的上端面在同一平面内，差动螺母(22)的下腔通过螺纹与减速机构(1)的螺杆(15)相连，位移传感器(43)下端固定在导向机构(2)的导轨(21)外侧，其上端与顶杆(39)的底座刚性连接，交流伺服电机的动力输出端与减速机构(1)的蜗杆(18)固连，计算机通过接口电路接收压力传感器(41)、热电偶(42)和位移传感器(43)的电信号，并输出用来控制电阻丝加热器(33)、压电陶瓷驱动器(51)和交流伺服电机的电信号。
2、根据权利要求1所述的微小形零件超塑性挤压成形装置，其特征在于：所述的减速机构(1)包括下轴承盖(11)、下轴承(12)、蜗轮螺母(13)、上轴承(14)、螺杆(15)、上轴承盖(16)、减速箱箱体(17)和蜗杆(18)，蜗轮螺母(13)通过上轴承(14)和下轴承(12)与减速箱箱体(17)连接，螺杆(15)与蜗轮螺母(13)螺旋连接，下轴承(12)和上轴承(14)的内圈与蜗轮螺母(13)过盈配合，下轴承(12)和上轴承(14)的外圈与减速箱箱体(17)过盈配合。
3、根据权利要求1所述的微小形零件超塑性挤压成形装置，其特征在于：所述的导向机构(2)包括导轨(21)和差动螺母(22)，导轨(21)固连在减速机构(1)的减速箱箱体(17)上，差动螺母(22)依靠均匀分布的四个凸台可在导轨(21)的行程内上下移动。
4、根据权利要求1所述的微小形零件超塑性挤压成形装置，其特征在于：所述的支架(32)其中心为一通孔，上半部分与顶杆(39)上半部分等大，下半部分与顶杆(39)下半部分等大。
5、根据权利要求1所述的微小形零件超塑性挤压成形装置，其特征在于：所述的顶杆(39)为三台柱形状，上小下大，上半段为空心状。
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