CN103769461B - 一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的方法及装置，其适用于板材的微成形技术领域，所述的方法是，先利用计算机控制抽气装置将微型模具的上腔及凹坑抽成真空状态，然后通过控制器控制线圈放电，放电所产生的电磁力驱动金属板带动其上方的弹性介质一起向上运动，工件在弹性介质与微型模具间受到挤压，产生塑性变形，配合微型模具，可复制出微型模具的形貌，最后，弹性介质回弹，在工件成形之后带动金属板返回到初始位置，更换工件，可实现重复批量生产。并公开了该装置。本发明的成形效率高、成形质量好，可以实现微器件的低成本批量化生产。

Description

一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的方法及装置

技术领域

本发明涉及微成形技术领域，具体地说涉及一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的方法及装置。

背景技术

随着工业技术的快速发展，越来越多具有轻、薄、短、小、多功能特点的微器件产品被广泛应用于航空航天、精密仪器、生物和医疗器械、电信电子以及国防等多个领域，与之相关的金属微器件产品的加工工艺也显得越来越重要，从而促进了金属微成形技术的快速发展，这里所谓的微成形是指通过材料的塑性变形来获得的零件尺寸至少在两维方向上达到毫米量级以下的技术。

现有成形微构件的微机械加工技术,是利用在集成电路工业中发展起来的材料和加工技术在硅和其他相关材料表面上加工微小结构的技术,主要依赖于LIGA、光刻、硅微加工和化学蚀刻等MEMS技术,无法满足三维复杂形状微器件的加工,也限制了加工材料的多样性。另外,由于微器件成形工艺复杂,周期长,设备投资大,而且成形的可重复性差,不适合微型器件的批量生产。

因此，国内外众多学者在现有的微成形工艺的基础上开始积极探索新的微成形工艺，因为电磁成形速度快、生产率高、成形后零件精度高等特点，人们已经开始将电磁成形技术用于塑性成形。如专利CN101406913A提出一种金属板材的电磁成形装置，虽然磁场分布较均匀,金属板材产生均匀的成形力量，成形质量比较好，但其只适合导电性良好的金属板材的成形；专利CN102259132A提出一种电磁力驱动模压板材成形方法及设备，利用电磁力驱动钢模实现板材高速率剧变形，在不改变板材外形尺寸的情况下获得超细晶板材，其成形过程比较复杂，要经过多次压弯，且板材只能是金属材料，而且其涉及的是块体板状成形，并没有涉及到板材的微成形；专利CN101590501A公开了镁合金板材温热电磁成形方法，其方法是通过储能电容对电磁成形线圈瞬间放电产生强脉冲磁场,使加热的坯料在冲击电磁力作用下高速成形,虽然成形效率高，但其在电磁力作用下直接成形，不能保证电磁力的均匀性，继而没法确定成形工件的成形质量；专利CN102248693A提出一种电磁驱动成形方法及装置，用脉冲电磁力驱动冲头加速,冲头撞击工件，完成工件与凹模的贴模。这种成形装置金属箔板成形效率高，但是其冲头是刚性的，刚性冲头会刮伤工件，影响工件的成形质量。

由以上可以看出，人们已经开始将电磁成形应用于塑性成形，但还存在效率低、成形件质量差、且只适用于导电性良好的材料等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的方法及装置，能够精确复制微模具上的微细特征到工件上，其适用于板材的快速成形，可以实现微器件的低成本批量化生产。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的方法，包括以下步骤：

步骤1：计算机通过控制抽气装置将微型模具的上腔及微型模具的凹坑抽成真空状态；

步骤2：计算机通过调节控制器对电磁线圈放电，放电后产生的电磁力驱动金属板，带动金属板上方的弹性介质一起向上运动；

步骤3：工件在弹性介质与微型模具之间受到挤压，使得工件产生塑性变形，配合微型模具，能够复制出微型模具的形貌，实现工件的快速精密成形；

步骤4：在工件成形之后，弹性介质回弹，带动金属板恢复到初始位置，更换工件，可多次重复加工工件使其成形。

步骤3和4中所述的工件是板材。

一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的装置，该装置包括外壁、金属板、弹性介质、环形卡套、密封垫片、微型模具、支架、抽气装置、计算机、控制器、底座和电磁线圈；

所述的控制器的一端连接计算机，另一端与电磁线圈相连，控制器通过计算机发出的指令控制电磁线圈；所述的底座设于外壁的底部，底座的上面设有电磁线圈，电磁线圈上面设有金属板，金属板上面设有弹性介质；

所述的支架设于外壁的上部，所述的微型模具设于支架的底部，工件设于微型模具的下面，工件下面设有环形卡套，工件与环形卡套之间设有密封垫片；工件通过环形卡套及密封垫片固定并贴合在微型模具的下表面以保证密封。所述的微型模具上设有至少两个均匀分布的凹坑，工件一次性可以成形多个凹坑，实现大面积微成形。

所述的抽气装置的一端与与微型模具相连，抽气装置另一端同时与计算机连接，由计算机控制抽气装置。所述的抽气装置和控制器均是通过数据线与计算机相连。

所谓弹性介质，若某物体在外力作用下产生形变；当外力去掉之后，物体能迅速恢复到受力前的形态和大小，物体的这种性质称为弹性。具有这种性质的物质，称之为弹性介质。所述的弹性介质可以是天然橡胶或者合成橡胶。

所述的弹性介质分为上下两层，弹性介质的下层的两端分别与外壁相连，弹性介质的上层与下层粘结成一体，弹性介质的上层和下层是同种材料，弹性介质分两层是因为弹性介质如果分层太多不利于成形，冲击力小；不分层的话，工件质量不好。弹性介质的下层主要拉伸和回弹的作用，上层主要是可以作为工件成形中的柔性冲头，在冲击过程中弹性介质与工件互相贴合在一起，使得工件受力均匀，成形能力增强，由于弹性介质的硬度比工件硬度低的多，所以工件不会产生擦伤，提高了工件质量。

所述的金属板是导电性良好的材料；所述的工件是板材；用金属板和弹性介质可以确保工件受力均匀，成形质量好，由于对工件的导电性能不做要求，所述的板材可以为金属箔板或者复合材料板。

有益效果：本发明利用的电磁力成形是高能效成形的一种,其有很多其他装置很难替代的优点：速度快，生产率高；电磁成形工艺无摩擦，无润滑剂，节省工序，无污染；电磁成形机没有运动部分，维护简单，不会出现机械压力机超载等问题；工装及模具简单，费用低；可以实现金属与非金属零件的联接与装配；本发明的成形效率高、成形质量好，且适用于板材的快速成形，可以实现微器件的低成本批量化生产。

附图说明

图1为本发明的一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的装置的结构示意图

图中：1：外壁；2：金属板；3：弹性介质；4：环形卡套；5：密封垫片；6：工件；7：微型模具；8：支架；9：抽气装置；10：计算机；11：控制器；12：底座；13：电磁线圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例

一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的方法，包括以下步骤：

步骤1：计算机10通过控制抽气装置9将微型模具7的上腔及微型模具7的凹坑抽成真空状态；

步骤2：计算机10通过调节控制器11对电磁线圈13放电，放电后产生的电磁力驱动金属板2，带动金属板2上方的弹性介质3一起向上运动；

步骤3：工件6在弹性介质3与微型模具7之间受到挤压，使得工件6产生塑性变形，配合微型模具7，能够复制出微型模具7的形貌，实现工件6的快速精密成形；

步骤4：在工件6成形之后，弹性介质3回弹，带动金属板2恢复到初始位置，更换工件6，可多次重复加工工件6使其成形。

步骤3和4中所述的工件6是板材。

如图1所示，一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的装置，该装置包括外壁1、金属板2、弹性介质3、环形卡套4、密封垫片5、微型模具7、支架8、抽气装置9、计算机10、控制器11、底座12和电磁线圈13；

所述的控制器11的一端与计算机10相连，另一端与电磁线圈13相连，控制器11通过计算机10发出的指令控制电磁线圈13；所述的底座12设于外壁1的底部，底座12的上面设有电磁线圈13，电磁线圈13上面设有金属板2，金属板2上面设有弹性介质3；

所述的支架8设于外壁1的上部，所述的微型模具7设于支架8的底部，工件6设于微型模具7的下面设，工件6下面设有环形卡套4，工件与环形卡套之间设有密封垫片5；工件6通过环形卡套4及密封垫片5固定并贴合在微型模具7的下表面以保证密封。所述的微型模具7上设有不少于两个均匀分布的凹坑，工件6一次性可以成形多个凹坑，实现大面积微成形。

所述的抽气装置9的一端与与微型模具7相连，抽气装置9另一端同时与计算机10连接，由计算机10控制抽气装置9。所述的抽气装置9和控制器11均是通过数据线与计算机10相连。

所述的弹性介质3分为上下两层，弹性介质3的下层的两端分别与外壁1相连，弹性介质3的上层与下层粘结成一体，弹性介质3的上层和下层是同种材料，弹性介质3分两层是因为弹性介质3如果分层太多不利于成形，冲击力小；不分层的话，工件质量不好。弹性介质3的下层主要拉伸和回弹的作用，上层主要是可以作为工件6成形中的柔性冲头，在冲击过程中弹性介质3与工件6互相贴合在一起，使得工件6受力均匀，成形能力增强，由于弹性介质3的硬度比工件6硬度低的多，所以工件6不会产生擦伤，提高了工件质量。

所述的弹性介质3可以是天然橡胶或者合成橡胶。

所述的金属板2是导电性良好的材料；所述的工件6是板材；用金属板2和弹性介质3可以确保工件6受力均匀，成形质量好，由于对工件6的导电性能不做要求，所述的板材可以为金属箔板或者复合材料板。

具体实施过程如下：

首先，将微型模具7固定在支架8上，工件6用环形卡套4及密封垫片5固定并贴合在微型模具7的下表面以保证密封；其次，利用计算机10控制抽气装置9，抽气装置9在控制器11放电之前先将型模具7的上腔及微型模具7的凹坑抽成真空状，控制器11对电磁线圈13放电，放电所产生的电磁力驱动金属板2，金属板2及其上方的弹性介质3同时向上运动，工件6在弹性介质3与微型模具7间受到挤压，使工件6产生塑性变形，结合微成形模具7上的凹坑，使得工件6复制出凹坑的形状，实现工件6的快速精密成形；最后，弹性介质3回弹，带动金属板2恢复到初始位置，可更换工件6，实现重复生产。

Claims (7)

1.一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的装置，其特征在于：该装置包括外壁、金属板、弹性介质、环形卡套、密封垫片、微型模具、支架、抽气装置、计算机、控制器、底座和电磁线圈；

所述的控制器的一端连接计算机，另一端与电磁线圈相连，控制器通过计算机发出的指令控制电磁线圈；所述的底座设于外壁的底部，底座的上面设有电磁线圈，电磁线圈上面设有金属板，金属板上面设有弹性介质；

所述的支架设于外壁的上部，所述的微型模具设于支架的底部，工件设于微型模具的下面，工件下面设有环形卡套；工件与环形卡套之间设有密封垫片；

所述的抽气装置的一端与微型模具相连，抽气装置另一端同时与计算机连接，由计算机控制抽气装置。

2.如权利要求1所述的一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的装置，其特征在于：所述的弹性介质分为上下两层，弹性介质的下层的两端分别与外壁相连，弹性介质的上层与下层粘结成一体，弹性介质的上层和下层是同种材料。

3.如权利要求2所述的一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的装置，其特征在于：所述的金属板是导电性良好的材料；所述的工件是板材。

4.如权利要求3所述的一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的装置，其特征在于：所述的微型模具上设有至少两个均匀分布的凹坑。

5.如权利要求4所述的一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的装置，其特征在于：所述的板材为金属箔板或者复合材料板。

6.如权利要求5所述的一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的装置，其特征在于：所述的抽气装置和控制器通过数据线与计算机相连。

7.如权利要求1或者2所述的一种基于电磁力驱动使板材间接微成形的装置，其特征在于：所述的弹性介质是天然橡胶或者合成橡胶。