CN101318204A - 一种红外加热金属箔板气压成形的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外加热金属箔板气压成形的方法及装置，所说的方法是，利用红外热源对金属箔板精确加热，再利用高压气体对软化的金属箔板加压，配合微型模具，实现金属箔板的精密成形。其装置由底板，上压板，微型模具，气压喷头，三维移动平台，三维移动平台控制器，空气压缩机，计算机，驱动器，红外测温仪，三维工作台，红外聚焦加热仪组成。本发明将红外加热、红外测温、气压成形技术融入到微成形工艺，能够提高金属箔板的成形性能，保证了工件表面质量，利用高压气体代替凸模，简化了工艺，也使得加载压力更加均匀，充模能力得到增强，结合阵列凹模，可以实现金属箔板微成形的低成本和大批量。

Description

一种红外加热金属箔板气压成形的方法及装置

技术领域

本发明涉及微成形领域，特指一种红外加热金属箔板气压成形的方法及装置，其适用金属箔板的快速成形，结合红外加热和气压成形技术，特别适合成形能力低的金属箔板微成形。

背景技术

随着工业技术的迅速发展，微器件在航空航天、精密仪器、生物医疗等领域的应用越来越广泛，对各种材料的微型零件需求量越来越大，同时对微器件的加工工艺、加工成本和批量等也提出了新的要求。现有的面向MEMS的微机械加工技术和工艺是在集成电路的基础上发展起来的，主要依赖于LIGA、光刻、蚀刻等微细加工技术，受到加工效率低、成本高、污染环境等问题的限制难以满足产业化生产要求。因此，微细加工技术迫切需要探索新的微成形工艺。

为了克服以上弊端，基于传统的塑性成形工艺迅速发展起来，结合塑性加工方法的微塑性成形技术可以精密成形各种三维复杂形状的微金属和非金属零件。零件的尺寸可以达到500nm到500μm范围，具有周期短、工艺简单、成本低、近净成形、零件精度高的特点，特别适于微构件的批量生产。金属箔板的微成形作为微塑性成形领域一个重要分支，其应用范围非常广泛。

但目前的微塑性成形也存在一些问题，由于微冷挤的变形抗力大，而且受材料种类、晶粒尺寸和取向的影响较大，造成微冷挤的变形、充模不均匀，工艺参数不稳定。因此研究人员积极寻找新的塑性成形工艺以解决成形能力差的问题，如专利号为ZL200510047029.6提出一种液压或气压成形板料的方法，能够获得均匀的充模压力，但是没有涉及到箔板的微成形；公开号为CN1903473的专利提出一种温热成形的方法，虽然能够提高成形能力，但是需要加热凸模，增加了工艺的复杂性；公开号为CN2774673的专利提出利用温热液压成形的方法，但是对模具的密封性要求很高，同样不适合微成形；专利号为5419170美国专利提出了一种基于气压成形的装置，能够精确控制气体压力，但是对于板料成形的能力并没有帮助。

从以上可以看出，人们已经开始将气压成形应用于塑性成形，但是很少在微成形中使用。同样温热成形技术也开始应用于塑性成形，但是存在工艺复杂，成形不均匀的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种红外加热金属箔板气压成形的方法及装置，以解决现有技术的不足。

本发明所说的红外加热金属箔板气压成形的方法，是利用红外热源对金属箔板精确加热，使得材料的塑性流动性增强，成形能力提高，利用高压气体对软化的金属箔板加压，配合微型模具，实现金属箔板的精密成形。

本发明为实现上述方法所设计的装置为：一种红外加热金属箔板气压成形的装置，由底板，微型模具、上压板，气压喷头，三维移动平台，三维移动平台控制器，空气压缩机，计算机，驱动器，红外测温仪，三维工作台，红外聚焦加热仪组成；其中，三维移动平台控制器通过数据线与三维移动平台相连，在三维移动平台下方安装有气压喷嘴，气压喷嘴与空气压缩机相连，在气压喷嘴下方依次是上压板、微型模具和底板，上压板和微型模具之间用于放置待加工的金属箔板；底板下方是红外聚焦加热仪，红外聚焦加热仪安装在三维工作台上，三维工作台上还安装有红外测温仪，三维工作台与驱动器相连，所说的三维移动平台控制器、空气压缩机、驱动器和红外测温仪分别与计算机相连。

本发明所说的红外加热金属箔板气压成形的装置，其底板中部开有矩形槽，上压板开有阵列通孔，与微型模具上的凹模位置一致。

根据设计的功能需要，聚焦后的红外热源能够对金属箔板进行非接触式的加热，使得金属箔板受热均匀，工件屈服强度大大降低，变形区的塑性流动性增强，使得金属箔板在成形前发生软化，提高成形能力。

根据设计的功能需要，利用高压气体对软化的金属箔板施加压力载荷，由于气体的均匀性好，使得金属箔板的塑性变形均匀，避免成形后的应力集中，利用气体代替凸模，将金属箔板压进凹模，简化成形工艺，能够获得更高的加工效率，不污染成形件表面，提高了金属箔板的成品率。

根据设计的功能需要，利用红外测温仪能够准确测量加热温度，并将测量的温度信息及时反馈到计算机，计算机能够实时控制加热的时间，以保证加热温度在加工需要的范围，避免过热和加热不足。

根据设计的功能需要，微型模具材料为红外透过材料，底板中部开有矩形槽，保证聚焦红外热源透过微型模具对金属箔板充分加热，通过计算机向驱动器发出指令，控制三维工作台精确移动，带动三维工作台上红外聚焦加热仪运动，实现的对金属箔板的精确加热。

根据设计的功能需要，气压喷嘴随着三维移动平台精确运动，根据微型模具上阵列凹模的位置，实现金属箔板不同位置的加工；上压板开有阵列通孔，与微型模具上的凹模位置一致，气压喷嘴通过通孔向金属箔板施加气压。成形不同金属箔板采用不同的微型模具和上压板。

本发明所涉及的红外加热金属箔板气压成形的方法及装置，将红外加热、红外测温、气压成形技术融入到微成形工艺，能够提高金属箔板的成形性能，保证了工件表面质量，利用高压气体代替凸模，简化了工艺，也使得加载压力更加均匀，充模能力得到增强，结合阵列凹模，可以实现金属箔板微成形的低成本和大批量。

附图说明：

图1是根据本发明提出的一种红外加热金属箔板气压成形的装置示意图。

图2是具有阵列通孔的上压板。

图3是具有矩形槽的底板。

1：底板，2：上压板，3：微型模具，4：金属箔板，5：气压喷头，6：三维移动平台，7：三维移动平台控制器，8：空气压缩机，9：计算机，10：驱动器，11：红外测温仪，12：三维工作台，13：红外聚焦加热仪

具体实施方式：

本发明提出的一种红外加热金属箔板气压成形的装置如图1所示，整个成形装置由12个部分组成。三维移动平台控制器7通过数据线与三维移动平台6相连，在三维移动平台6下方安装有气压喷嘴5，气压喷嘴5与空气压缩机8相连，在气压喷嘴5下方依次是上压板2、微型模具3和底板1，上压板2和微型模具3之间用于放置待加工的金属箔板4；底板1下方是红外聚焦加热仪13，红外聚焦加热仪13安装在三维工作台12上，三维工作台12上还安装有红外测温仪11，三维工作台12与驱动器10相连，所说的三维移动平台控制器7、空气压缩机8、驱动器10和红外测温仪11分别与计算机9相连。实施过程具体如下，以拉伸成形厚度为10μm的金属箔板4为例。

首先将微型模具3固定在底板1上，微型模具3上加工有阵列的拉伸凹模，把厚度为10μm的金属箔板4平放在微型模具3上，用上压板2压紧金属箔板4，保证上压板2上的通孔在微型模具3上各个阵列凹模的正上方，并用螺栓将底板1和上压板2固定。

其次利用计算机9向驱动器10发出指令，通过驱动器10控制三维工作台12，使得三维工作台12上的红外聚焦加热仪13到达加热位置，打开红外聚焦加热仪13，聚焦后的红外热源对微型模具3第一个凹模上方金属箔板4进行非接触加热。

然后利用计算机9向三维移动平台控制器7发出指令，三维移动平台控制器7控制安装在三维移动平台6上的气压喷嘴5到达微型模具3第一个凹模上方的加工位置；打开红外测温仪11，红外测温仪11将测量的温度信息反馈到计算机9，当加热温度达到金属箔板4的软化温度，利用计算机9打开空气压缩机8并控制压力大小，高压气体经过气压喷嘴5喷出，经过上压板2中的通孔中向金属箔板4加载。

当金属箔板4均匀充满微型模具3上第一个凹模后，计算机9向驱动器10发出指令，驱动器10控制三维工作台12上的红外聚焦加热仪13对微型模具3第二个凹模上方的金属箔板4加热，同时计算机9向三维移动平台控制器7发出指令，三维移动平台控制器7控制安装在三维移动平台6上的气压喷嘴5到达微型模具3第一个凹模上方的加工位置，当红外测温仪11测量金属箔板4的达到软化温度后，即利用气压喷嘴5对金属箔板4加载。

按照以上加工顺序，结合微型模具3上阵列凹模，使得金属箔板4复制出阵列的凹模形状，实现批量化生产。

Claims (3)

1.一种红外加热金属箔板气压成形的方法，其特征在于，利用红外热源对金属箔板精确加热，再利用高压气体对软化的金属箔板加压，配合微型模具，实现金属箔板的精密成形。

2.一种实施权利要求1所述的方法的红外加热金属箔板气压成形装置，其特征在于，由底板，微型模具、上压板，气压喷头，三维移动平台，三维移动平台控制器，空气压缩机，计算机，驱动器，红外测温仪，三维工作台，红外聚焦加热仪组成；其中，三维移动平台控制器通过数据线与三维移动平台相连，在三维移动平台下方安装有气压喷嘴，气压喷嘴与空气压缩机相连，在气压喷嘴下方依次是上压板、微型模具和底板，上压板和微型模具之间用于放置待加工的金属箔板；底板下方是红外聚焦加热仪，红外聚焦加热仪安装在三维工作台上，三维工作台上还安装有红外测温仪，三维工作台与驱动器相连，所说的三维移动平台控制器、空气压缩机、驱动器和红外测温仪分别与计算机相连。

3.根据权利要求2所述红外加热金属箔板气压成形装置，其特征在于，所述的底板中部开有矩形槽，上压板开有阵列通孔，与微型模具上的凹模位置一致。

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