CN105215246B - 超声振动辅助金属微模压成形装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声振动辅助金属微模压成形装置，其包括下模座、凹模、凹模垫板、凹模固定板、顶杆、顶出螺钉、压电元件、凸模、凸模固定块、压力传感器，所述凹模固定板固设在下模座的上表面，所述凹模垫板和凹模均嵌设在凹模固定板内，所述凹模固设于凹模垫板的顶部，所述顶出螺钉穿设在下模座中央，并延伸至凹模垫板内，所述凹模的底部设有顶杆，所述凸模固定块设置于凹模固定块的顶部，所述凸模嵌设在凸模固定块的底部，所述压电元件设置于凸模的顶部，所述压力传感器设置于压电元件的顶部。本发明具有如下的有益效果：超声振动辅助金属微模压成形方法能直接成形出所要求的微模压件，避免二次加工，加工效率高，成本低。

Description

超声振动辅助金属微模压成形装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及材料微模压成形装置及方法，具体涉及高频振动辅助微模压成形装置及方法。

背景技术

随着微机电系统和微机构的迅速发展，微型构件的需求量不断增大，对微成形质量的要求也日益提高，需要有较高的几何尺寸精度和形位精度。塑性微成形在加工效率、材料利用率、制造成本、零件性能和尺寸精度等方面具有明显的优势，然而受摩擦尺寸效应的影响，微模压成形过程中构件所受摩擦力随尺寸减小增加明显，往往存在微结构充填不完全，成形特征尺寸有限的问题，从而限制了微模压件的广泛应用。迫切需要开发一种微型构件成形新技术，实现微模压件的精密成形。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超声振动辅助金属微模压成形装置及其使用方法。可解决材料微模压成形中随成形尺寸减小摩擦力明显增加，微结构充填不充分，成形特征尺寸有限的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种超声振动辅助金属微模压成形装置，其包括下模座、凹模、凹模垫板、凹模固定板、顶杆、顶出螺钉、压电元件、凸模、凸模固定块、压力传感器，所述凹模固定板固设在下模座的上表面，所述凹模垫板和凹模均嵌设在凹模固定板内，所述凹模固设于凹模垫板的顶部，所述顶出螺钉穿设在下模座中央，并延伸至凹模垫板内，所述凹模的底部设有顶杆，所述凸模固定块设置于凹模固定块的顶部，所述凸模嵌设在凸模固定块的底部，所述压电元件设置于凸模的顶部，所述压力传感器设置于压电元件的顶部。

作为优选方案，所述凸模与凸模固定块之间设有蝶形弹簧。

作为优选方案，还包括上模座，所述上模座固设于上模固定块的顶部，上模座的下表面一端设有导套，所述下模座与上模座之间通过导柱固定连接，所述导柱穿设在导套内。

作为优选方案，所述压力传感器与一高频电源电连接。

作为优选方案，所述下模固定块外嵌套有加热圈。

一种基于前述的超声振动辅助金属微模压成形装置超声振动辅助金属微模压成形方法，其包括如下步骤：

将所述超声振动辅助金属微模压成形装置放入精密压力机内，将下模座固定安装在压力机的下工作台，将上模座固定安装在压力机的上工作台；

将经过体积不变原理计算所加工的坯料放入凹模的型腔内，通过加热圈将模具和坯料加热到坯料模锻温度；

设置振动频率，接通高频电源，开始高频振动，振动频率的范围是1～30KHz；

通过压力机向下运行驱动凸模向下运动，坯料在凸模的作用下产生塑性变形，填充凹模型腔；

压力机达到预先设定的载荷时，保压0.5～3min，卸去载荷，微模压件成形完毕；

将模具和微模压件进行冷却，通过拧紧顶出螺钉将压力施加在顶杆上，推出所成形的微模压件。

上述提到的加热到模锻温度是通过加热圈来实现加热和保证温度的。通过加热圈对模具和坯料加热，通过热电偶将测量温度传递到温度控制仪中，并与其设定温度进行对比，高于温度控制仪上限时，加热圈停止加热，低于温度控制仪设定下限温度时加热圈继续加热，直至将温度控制在设定温度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

超声振动辅助金属微模压成形方法能直接成形出所要求的微模压件，避免二次加工，尤其适用于批量生产，加工效率高，成本低。超声振动辅助金属微模压件尺寸精度一致性高，互换性好。超声振动辅助金属微模压件的流线连续，避免了机械加工中的流线切断现象，有效的提高了微模压件的机械性能。超声振动作用可以显著降低材料塑性变形抗力，使得成形力减小，另外可以降低摩擦力，提升金属材料微模压成形充填能力，提高微模压件表面质量以及形状位置和尺寸精度，使得能够成形微模压件的特征尺寸减小，扩展微模压塑性成形范围。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图中：1、上模座；2、下模座；3、凹模；4、凹模垫板；5、凹模固定板；6、顶杆；7、顶出螺钉；8、加热圈；9、凸模；10、压电元件；11、高频电源；12、压力传感器；13、蝶形弹簧；14、凸模固定板；15、导柱；16、导套。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本发明包括上模座1、下模座2、凹模3、凹模垫板4、凹模固定板5、顶杆6、顶出螺钉7、加热圈8、凸模9、压电陶瓷10、高频电源11、压力传感器12、蝶形弹簧13、凸模固定板14、多个导柱15和导套16，上模座1和下模座2平行设置，下模座2的四周设有多个导柱15，每根导柱15的一端穿设在下模座2的底端面上，另一端滑动设置在导套16内，导套16设置在上模座1。凹模固定板5设置在下模座2，其上设有凹模安装孔，凹模垫板4设置在凹模安装孔内，凹模3安装在凹模安装孔内位于凹模垫板4上端。凸模9的中线与凹模3的中线重合，凸模9安装在凸模固定板14的凸模安装孔内，凸模固定板14固定在上模座1的下端面。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述超声振动辅助金属微模压成形装置包括顶出机构，由顶杆6和顶出螺钉7构成，顶杆6设置在凹模3内，顶出螺钉7由下至上依次穿过下模座2和凹模垫板4与顶杆6的下端面相抵。

本实施方式的技术效果是：本实施方式中的顶出机构在微模压过程中起到推出微模压件17的作用，微模压完成后，通过拧紧顶出螺钉7将压力施加在顶杆6上，推出所成形的微模压件17。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述超声振动辅助金属微模压成形装置包括加热装置，加热圈8包络在凹模固定板5外围，通过加热圈8将模具和坯料加热到坯料模锻温度。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述超声振动辅助金属微模压成形装置包括振动组件，由压电陶瓷10和蝶形弹簧13构成，凸模9和压电陶瓷10由下至上依次安装在凸模安装孔内，压电陶瓷10的动力输出端与凸模9的上端连接，蝶形弹簧13套装在凸模9上端，置于凸模安装孔内。

本实施方式中凸模9在压电陶瓷10的作用下一直进行超声振动，由于凸模9的超声振动作用，金属微模压成形变形抗力降低，因而微模压成形充填能力提高。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述超声振动辅助金属微模压成形装置还包括压力传感器12，压电陶瓷10上端与压力传感器12连接。

本实施方式中压力传感器12与数据采集装置连接，数据采集装置可以进行数据采集，方便对微模压成形过程进行数据分析。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种利用具体所述装置进行超声振动辅助金属微模压成形方法的具体步骤如下：

步骤一：将超声振动辅助金属微模压成形装置放入精密压力机内，将下模板固定安装在压力机的下工作台上，将上模板固定安装在压力机的上工作台上；

步骤二：将经过体积不变原理计算所加工的坯料放入凹模的型腔内，通过加热圈将模具和坯料加热到坯料模锻温度；

步骤三：设置振动频率，接通高频电源，开始高频振动，振动频率的范围是1～30KHz；

步骤四：通过压力机向下运行驱动凸模向下运动，坯料在凸模的作用下产生塑性变形，填充凹模型腔；

步骤五：压力机达到预先设定的载荷时，保压0.5～3min，卸去载荷，微模压件成形完毕；

步骤六：将模具和微模压件进行冷却，通过拧紧顶出螺钉将压力施加在顶杆上，推出所成形的微模压件。

本实施方式中超声振动作用可以显著降低材料塑性变形抗力，使得成形力减小，另外可以降低摩擦力，提升金属材料微模压成形充填能力，提高微模压件表面质量以及形状位置和尺寸精度，使得能够成形微模压件的特征尺寸减小。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种超声振动辅助金属微模压成形装置，其特征在于，包括下模座、凹模、凹模垫板、凹模固定板、顶杆、顶出螺钉、压电元件、凸模、凸模固定块、压力传感器，所述凹模固定板固设在下模座的上表面，所述凹模垫板和凹模均嵌设在凹模固定板内，所述凹模固设于凹模垫板的顶部，所述顶出螺钉穿设在下模座中央，并延伸至凹模垫板内，所述凹模的底部设有顶杆，所述凸模固定块设置于凹模固定板的顶部，所述凸模嵌设在凸模固定块的底部，所述压电元件设置于凸模的顶部，所述压力传感器设置于压电元件的顶部；所述凸模与凸模固定块之间设有蝶形弹簧。

2.如权利要求1所述的超声振动辅助金属微模压成形装置，其特征在于，还包括上模座，所述上模座固设于凸模固定块的顶部，上模座的下表面一端设有导套，所述下模座与上模座之间通过导柱固定连接，所述导柱穿设在导套内。

3.如权利要求1所述的超声振动辅助金属微模压成形装置，其特征在于，所述压力传感器与一高频电源电连接。

4.如权利要求1所述的超声振动辅助金属微模压成形装置，其特征在于，所述凹模固定板外嵌套有加热圈。

5.一种基于权利要求1所述的超声振动辅助金属微模压成形装置超声振动辅助金属微模压成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述超声振动辅助金属微模压成形装置放入精密压力机内，将下模座固定安装在压力机的下工作台，将上模座固定安装在压力机的上工作台；

将经过体积不变原理计算所加工的坯料放入凹模的型腔内，通过加热圈将模具和坯料加热到坯料模锻温度；

设置振动频率，接通高频电源，开始高频振动，振动频率的范围是1～30KHz；

通过压力机向下运行驱动凸模向下运动，坯料在凸模的作用下产生塑性变形，填充凹模型腔；

压力机达到预先设定的载荷时，保压0.5～3min，卸去载荷，微模压件成形完毕；

将模具和微模压件进行冷却，通过拧紧顶出螺钉将压力施加在顶杆上，推出所成形的微模压件。