CN105382079A - 一种带状金属层薄膜冲切装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带状金属层薄膜冲切装置及其方法。该装置包括：基座、真空泵、移动部件、冲压部件、真空孔托板、动力轮盘、转动轮盘、压力轮盘，其中冲压部件包括冲压动力、冲压导向杆以及真空孔凸模，真空孔凸模上设置有刀模，其封闭区域内表面有第一吸附气孔；真空孔托板表面有凹模、定位滑槽和第二吸附气孔。该装置的冲切方法包括：真空孔凸模将带状金属层薄膜冲压；剪切下来的金属图案产品吸取在真空孔凸模表面，真空孔托板则将冲切后的废料吸附；通过吸附转移将产品粘贴在新薄膜上。本发明对被裁切的金属图案产品进行了吸附控制及转移，可以保证被裁切的产品不跳出冲头而实现流水线的生产作业，且保证了产品表面的平整。

Description

一种带状金属层薄膜冲切装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种金属冲切装置及其方法，具体而言，尤其涉及带状金属层薄膜自动冲切装置及使用该装置冲切带状金属层薄膜形成金属图案产品的方法。

背景技术

金属为非弹性材料，常规情况下，普通金属的拉伸是会产生断裂或者其它永久性形变的，而在金属超薄状态(金属层的厚度在20nm-200nm之间)并处于蛇状构型的情况下，金属本身也是可以拉伸，并且拉伸后可以回到原始状态的，但这种厚度的金属，是非常脆弱和容易折断的，通过将薄膜作为金属的支撑材料，实现了金属在这种厚度下的稳定。同时，通过制备工艺使得金属薄膜成为各种需要的图案，可以作为柔软的、可拉伸的、折叠的超薄电路，此电路可应用于制作功能性电子皮肤。

一方面，传统金属图案制备工艺使用的是化学方法-光蚀刻微影(photolithography)，需多次转印总计约20多步凑。其中至少4步无法适用工业化卷轴转印(rolltoroll)。该工艺每组贴片(至多6片)需2个熟练工耗2日，且产率不足80％。这种工艺效率低下，价格昂贵，产率低，并且不适用工业大量生产。

另一方面，由于金属层薄膜比较薄且质地柔软，如采用现有冲压技术中凸模配合通孔的内周冲孔剪切方式生产金属图案产品，容易在冲头与通孔剪切金属层薄膜时，瞬间产生的冲击压力，造成柔性薄膜表面拉伸超过其断裂拉力，从而破坏金属层薄膜；而传统的冲头冲切底层材料的方式，被冲切的废料或薄膜产品可能会在剪切后从冲头的刀口跳出或者吸附在冲头上，无法实现流水线的生产，并且加工后的金属层薄膜表面容易出现褶皱，从而造成板材的报废。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带状金属层薄膜冲切装置，以解决上述的问题。本发明采用的技术方案是：

一种带状金属层薄膜冲切装置，其特征在于，包括基座、真空泵、移动部件、冲压部件、真空孔托板、动力轮盘、转动轮盘、压力轮盘，所述移动部件固定在基座的侧面，所述移动部件设置有移动动力和连接在所述移动动力上的移动导向杆，所述移动导向杆的另一端连接冲压部件，所述移动动力驱动所述冲压部件相对所述移动导向杆沿水平方向在冲压部分和粘贴部分之间移动；

所述冲压部件固定在基座的上端，所述冲压部件包括位于部件上方的冲压动力、连接所述冲压动力的冲压导向杆以及相对所述冲压导向杆可上下移动的真空孔凸模，所述真空孔凸模包括真空气孔、凸模气腔和凸模面板，所述真空气孔通过所述真空气管将所述凸模气腔连接到所述真空泵上，所述真空孔凸模的所述凸模面板上设置有刀模，所述刀模的封闭区域内表面上制作有第一吸附气孔，所述第一吸附气孔与所述凸模气腔接通；

所述真空孔托板位于所述真空孔凸模的正下方，其上具有与所述真空孔凸模相配合的凹模，所述真空孔托板表面的冲压部分和粘贴部分分别设置有定位滑槽，所述真空孔托板上表面制作有第二吸附气孔，所述第二吸附气孔与所述真空泵接通；

所述动力轮盘位于传送方向的下游端，所述压力轮盘位于所述动力轮盘的正上方，仅作用于粘贴部分的传送带，所述传送带由动力轮盘带动。所述转动轮盘位于传送方向的上游端并由传送带带动。

优选地，所述第一吸附气孔及所述第二吸附气孔分别至少为一个规则或不规则小孔，吸附气孔的孔径大小在3毫米内。

优选地，所述带状金属层薄膜包含上层的金属层以及下层的薄膜层，所述金属层的厚度在50nm-200nm之间，所述下层的薄膜以及新薄膜的厚度分别在0.05mm-0.3mm之间。

优选地，所述的带状金属层薄膜冲切装置还包括控制单元，所述控制单元控制所述的移动部件、冲压部件和真空泵，以及压缩空气转换开关，配合动作。

优选地，所述带状金属层薄膜由所述薄膜层通过真空热镀/真空电子镀/真空磁溅射工艺镀至所述金属层而形成，或者由所述金属层粘贴至所述薄膜层表面形成，形成后的所述带状金属层薄膜经过剪切后成为可再生产加工的带状。

本发明的还提供了一种带状金属层薄膜冲切方法，其步骤包括：

(1)所述冲压动力启动，驱动所述真空孔凸模通过所述冲压导向杆由初始垂直位置向下移动，将所述带状金属层薄膜冲压；

(2)所述真空泵启动，将所述真空孔凸模剪切下来的金属图案产品吸取在所述真空孔凸模表面，所述真空孔托板则同时将所述带状金属层薄膜和冲切后的废料吸附在所述真空孔托板上；

(3)所述移动动力启动，将吸附有所述金属图案产品的所述冲压部件由所述冲压部分移动到所述粘贴部分；

(4)所述真空孔凸模中的所述真空泵关闭，通过转换开关，接通压缩空气，将吸附在所述真空孔凸模上的所述金属图案产品粘贴在所述粘贴部分的所述新薄膜上；

(5)所述冲压动力启动，所述真空孔凸模先返回到初始垂直位置；

(6)所述移动动力启动，将所述冲压部件由所述粘贴部分移动到所述冲压部分，继续下一次作业。

优选地，上述带状金属层薄膜冲切方法中，步骤(2)之后和步骤(3)之前还包括：

所述真空孔凸模将所述带状金属层薄膜冲压形成所述金属图案产品并吸附后，所述真空孔凸模先返回到初始垂直位置。

优选地，上述带状金属层薄膜冲切方法中，步骤(3)之后和步骤(4)之前还包括：

所述冲压动力启动，通过控制单元设置所述真空孔凸模的移动距离并通过传感器监测所述真空孔凸模对所述新薄膜的压力或位移情况，使所述真空孔凸模沿着所述冲压导向杆向下移动与所述新薄膜上表面刚好接触。

综上所述，本发明的一种带状金属层薄膜冲切装置及其方法，其有益效果是：采用物理的制备工艺解决了传统光蚀刻微影法效率低下，价格昂贵，产率低，并且不适用工业大量生产的弱点。在具体工作时，由于真空孔凸模和真空孔托板设置有吸附气孔，在冲切后可以分别将被裁切的金属图案产品和带状金属层薄膜牢固地吸附在各自的表面上并分离，从而保证了加工后的金属图案产品表面不出现褶皱，同时，由于在冲切过程中，对被裁切的金属图案产品和带状金属层薄膜进行了吸附控制及产品转移，可以保证被裁切的产品和带状金属层薄膜不影响冲头及其他部件的工作而实现流水线的生产作业；采用真空孔凸模冲切位于真空孔托板上的带状金属层薄膜，薄膜表面的冲力被分散至真空孔托板上，可以大大减少对金属层薄膜(金属图案产品)的拉伸破坏。

附图说明

图1为本专利中带状金属层薄膜冲切装置的剖视图；

图2为本专利中带状金属层薄膜冲切装置的正视图；

图3为本专利中带状金属层薄膜冲切装置的俯视透视示意图；

图4为本专利中真空孔凸模的结构示意图；

图5为本专利中真空孔凸模的凸模面板详细视图；

图6为本专利中真空孔托板的结构示意图；

图7为本专利中真空孔托板的托板面板详细视图(面板吸附气孔可根据产品形状不同而变化)。

其中：1、基座；2、移动部件；21、移动动力；22、移动导向杆；3、冲压部件；31、冲压动力；32、冲压导向杆；33、真空孔凸模；331、凸模面板；331_1刀模；331_2、第一吸附气孔；332、凸模气腔；333真空气孔；4、真空孔托板；41、托板面板；41_1、凹模；41_2、第二吸附气孔；42、托板气腔；43、托板底座；44、真空气孔；5、动力轮盘；6、转动轮盘；7、压力轮盘；8、冲压部分；9、粘贴部分；10、真空气管；11、带状金属层薄膜；11_1、金属层；11_2、薄膜层；12、冲压部分定位滑槽；13、粘贴部分定位滑槽

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述，但不限于这些实施例。

如图1、2、3所示，一种带状金属层薄膜冲切装置，包括基座1、真空泵、移动部件2、冲压部件3、真空孔托板4、动力轮盘5、转动轮盘6、压力轮盘7、控制单元。

基座1放置在地面或其他支持物上，用于固定带状金属层薄膜冲切装置的其他主要组成部件，对整个装置起支撑和支架的作用。

真空泵通过连接的真空气管10对真空孔凸模33及真空孔托板4内部的密闭空间进行抽气，从而对在第一吸附气孔331_2表面上接触的薄膜产生吸附力。

移动部件2固定在基座的侧面，移动部件设置有移动动力21和连接在移动动力21上的移动导向杆22，移动导向杆的另一端则连接冲压部件3，移动部件2用于驱动冲压部件3相对移动导向杆22沿水平方向在冲压部分8和粘贴部分9之间移动。

冲压部件3固定在基座的上端，冲压部件3包括位于部件上方的冲压动力31、连接冲压动力的冲压导向杆32以及相对冲压导向杆可上下移动的真空孔凸模33。如图4所示，真空孔凸模33包括真空气孔333、凸模气腔332和凸模面板331，真空气孔333通过真空气管10将凸模气腔332连接到真空泵上，如图5所示，真空孔凸模下表面的凸模面板331上设置有刀模331_1，刀模331_1可以是任意形状，刀模331_1的封闭区域内表面上制作有第一吸附气孔331_2，第一吸附气孔331_1与凸模气腔332接通，其中第一吸附气孔331_2至少为一个规则或不规则小孔。由于在生产流水线上，需要频繁的使用真空泵，且单个产品的加工过程非常短暂，要求对气腔的抽气效率要非常高，因此凸模气腔332的体积要足够小，根据需要加工产品的尺寸和形状，需要控制吸附气孔的数量及孔径大小：吸附气孔的数量不能过多，孔径大小在3毫米内。

真空孔托板4位于真空孔凸模33的正下方，用于在冲切后将带状金属层薄膜11以及冲切形成的废料吸附在其上，使得金属图案产品能有效分离。其上具有与真空孔凸模33相配合的凹模41_1，如图6、7所示，真空孔托板4包括托板底板43、托板气腔42、托板面板41、真空气孔44，其中托板面板41制作有第二吸附气孔41_2，第二吸附气孔41_2与托板气腔42接通，其中第二吸附气孔41_2至少为一个规则或不规则小孔，托板面板41的吸附气孔可根据产品形状不同而变化。真空孔托板4表面设置有冲压部分定位滑槽12和粘贴部分定位滑槽13，待冲切的带状金属层薄膜11穿过真空孔托板4表面的冲压部分定位滑槽12进行传送，在冲切结束后定位槽可将废料传送出真空孔托板4表面；用于接收金属图案产品的新薄膜则穿过真空孔托板表面的粘贴部分定位滑槽进行传送。由于在冲切过程中，对被裁切的金属图案产品和带状金属层薄膜进行了产品转移及吸附控制，可以保证被裁切的产品和带状金属层薄膜11不影响凸模及其他部件的工作而实现流水线的生产作业。

动力轮盘5位于传送方向的下游端，用于提供动力同步传送带状金属层薄膜11和新薄膜。压力轮盘7位于动力轮盘5的正上方，仅作用于粘贴部分，在机器开启时自动压紧动力轮盘5，由动力轮盘5带动，将经过动力轮盘5和压力轮盘7之间粘贴在新薄膜上表面的金属图案产品压平，从而保证了加工后的金属图案产品表面不出现褶皱。

转动轮盘6位于传送方向的上游端并由传送带带动。

该装置还包括控制单元，采用单片机作为控制单元，控制单元控制移动部件2、冲压部件3、真空孔托板4和真空泵配合动作。

本发明实施例还提供了一种带状金属层薄膜的冲切加工方法，在冲切之前，需要准备带状金属层薄膜：

如图2所示，带状金属层薄膜11是一种由两层材料复合而成的复合材料，包括上层的金属层11_1以及下层的薄膜11_2，下层薄膜11_2厚度在0.05～0.3毫米内。带状金属层薄膜11的制作方法为：先将薄膜11_2通过真空热镀/真空电子镀/真空磁溅射的方式，镀50-200nm厚度的金属层11_1，形成带金属层的薄膜，并经过剪切后成为可再生产加工的带状；也可以将50-200nm厚度的金属箔片粘贴在薄膜表面上，同上一样，使之成为可再生产加工的带状。

加工作业时，如图1、2、3所示，将带状金属层薄膜11放置在冲压部分的定位滑槽12上，开启动力轮盘5，带状金属将会沿移动箭头方向移动。冲压动力3提供动力，驱动真空孔凸模33由初始垂直位置通过冲压导向杆32向下移动，与下方的真空孔托板4表面上的凹模41_1进行剪切，将带状金属层薄膜11冲压。

在真空孔凸模33下压冲切带状金属层薄膜11后，真空孔凸模33返回前，通过设置，真空泵启动，将真空孔凸模33剪切下来的金属图案产品吸取在凸模表面上，随真空孔凸模33一起回到起始垂直状态。下面的真空孔托板4，制作方式与凸模一样，真空孔托板托板面板41上的吸附气孔分布在与真空孔凸模冲切时刀模331_1的封闭区域之外，与真空孔凸模33分离时，将带状金属层薄膜11及冲切后的废料吸附在真空孔托板4上。

真空孔凸模33回到初始垂直位置后，移动动力21启动，由移动导向杆22导向，将真空孔凸模33由冲压部分8水平移动到粘贴部分9正上方，冲压动力31启动，通过控制单元设置真空孔凸模33的移动距离并通过传感器监测真空孔凸模33对新薄膜(厚度在0.05～0.3毫米内)的压力情况，使真空孔凸模33沿着冲压导向杆32向下移动与新薄膜上表面刚好接触的位置，真空泵关闭，通过转换开关，接通压缩空气，顺利的使吸附在真空孔凸模33上的金属图案产品粘贴新薄膜上，新薄膜厚度在0.05～0.3毫米内。

上述过程结束后，冲压动力31再次启动，冲压导向杆32带着真空孔凸模33回位，返回到初始垂直位置。这时候，移动动力21启动，将冲压部件3由粘贴部分9水平移动到冲压部分8正上方，全部处于起始状态，继续下一次作业。依次反复，可以实现流水线作业。

采用真空孔凸模33冲切位于真空孔托板4上的带状金属层薄膜11，可以加工较复杂的金属图案产品，同时相对于凸模配合通孔的内周冲孔剪切方式，薄膜表面的冲力被分散至真空孔托板4上，可以大大减少对金属层薄膜(金属图案产品)11的拉伸破坏，也可以避免产品边缘毛刺的形成。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带状金属层薄膜冲切装置，其特征在于，包括基座、真空泵、移动部件、冲压部件、真空孔托板、动力轮盘、转动轮盘、压力轮盘，所述移动部件固定在基座的侧面，所述移动部件设置有移动动力和连接在所述移动动力上的移动导向杆，所述移动导向杆的另一端连接冲压部件，所述移动动力驱动所述冲压部件相对所述移动导向杆沿水平方向在冲压部分和粘贴部分之间移动；

所述冲压部件固定在基座的上端，所述冲压部件包括位于部件上方的冲压动力、连接所述冲压动力的冲压导向杆以及相对所述冲压导向杆可上下移动的真空孔凸模，所述真空孔凸模包括真空气孔、凸模气腔和凸模面板，所述真空气孔通过所述真空气管将所述凸模气腔连接到所述真空泵上，所述真空孔凸模的所述凸模面板上设置有刀模，所述刀模的封闭区域内表面上制作有第一吸附气孔，所述第一吸附气孔与所述凸模气腔接通；

所述真空孔托板位于所述真空孔凸模的正下方，其上具有与所述真空孔凸模相配合的凹模，所述真空孔托板表面的冲压部分和粘贴部分分别设置有定位滑槽，所述真空孔托板上表面制作有第二吸附气孔，所述第二吸附气孔与所述真空泵接通；

所述动力轮盘位于传送方向的下游端，所述压力轮盘位于所述动力轮盘的正上方，仅作用于粘贴部分的传送带，所述传送带由动力轮盘带动。所述转动轮盘位于传送方向的上游端并由传送带带动。

2.根据权利要求1所述的金属薄膜冲切装置，其特征在于所述第一吸附气孔及所述第二吸附气孔分别至少为一个规则或不规则小孔，吸附气孔的孔径大小在3毫米内。

3.根据权利要求1所述的带状金属层薄膜冲切装置，其特征在于所述带状金属层薄膜包含上层的金属层以及下层的薄膜层，所述金属层的厚度在50nm-200nm之间，所述下层的薄膜以及新薄膜的厚度分别在0.05mm-0.3mm之间。

4.根据权利要求1-3所述的带状金属层薄膜冲切装置，其特征在于还包括控制单元，所述控制单元控制所述的移动部件、冲压部件和真空泵，以及压缩空气转换开关，配合动作。

5.根据权利要求4所述的带状金属层薄膜冲切装置，其特征在于所述带状金属层薄膜由所述薄膜层通过真空热镀/真空电子镀/真空磁溅射工艺镀至所述金属层而形成，或者由所述金属层粘贴至所述薄膜层表面形成，形成后的所述带状金属层薄膜经过剪切后成为可再生产加工的带状。

6.一种带状金属层薄膜冲切方法，根据权利要求1所述的装置，其步骤包括：

S1：所述冲压动力启动，驱动所述真空孔凸模通过所述冲压导向杆由初始垂直位置向下移动，将所述带状金属层薄膜冲压；

S2：所述真空泵启动，将所述真空孔凸模剪切下来的金属图案产品吸取在所述真空孔凸模表面，所述真空孔托板则同时将所述带状金属层薄膜和冲切后的废料吸附在所述真空孔托板上；

S3：所述移动动力启动，将吸附有所述金属图案产品的所述冲压部件由所述冲压部分移动到所述粘贴部分；

S4：所述真空孔凸模中的所述真空泵关闭，通过转换开关，接通压缩空气，将吸附在所述真空孔凸模上的所述金属图案产品粘贴在所述粘贴部分的所述新薄膜上；

S5：所述冲压动力启动，所述真空孔凸模先返回到初始垂直位置；

S6：所述移动动力启动，将所述冲压部件由所述粘贴部分移动到所述冲压部分，继续下一次作业。

7.根据权利要求6所述的带状金属层薄膜冲切方法，其特征在于，步骤S2之后和步骤S3之前还包括：

所述真空孔凸模将所述带状金属层薄膜冲压形成所述金属图案产品并吸附后，所述真空孔凸模先返回到初始垂直位置。

8.根据权利要求6所述的带状金属层薄膜冲切方法，其特征在于，步骤S3之后和步骤S4之前还包括：

所述冲压动力启动，通过控制单元设置所述真空孔凸模的移动距离并通过传感器监测所述真空孔凸模对所述新薄膜的压力或位移情况，使所述真空孔凸模沿着所述冲压导向杆向下移动与所述新薄膜上表面刚好接触。