CN105728960B - 一种电阻焊和超声波复合成型装置及成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的电阻焊和超声波复合成型装置，包括绝缘底座，所述绝缘底座中部设置有定位槽，定位槽中设置有绝缘腔体，绝缘腔体中部为上下贯穿的中空部，中空部自下而上依次设置有第一电极、导电模具、导电成型材料、第二电极；第二电极的上部设置有绝缘层，绝缘层上部为超声冲头，超声冲头设置于万能材料试验机的压板横梁上；所述绝缘底座设置于万能材料试验机上，其中部开设有中心槽，中心槽的中心线与所述中空部的中心线同轴；绝缘底座的侧面开设有第一走线槽，绝缘腔体的侧面开设有第二走线槽；绝缘腔体的内壁上设置有用于在所述导电成型材料两侧放置热电偶的安置孔。本发明还提出一种采用本装置的复合成型方法，成型时间短，超声冲头磨损少。

Description

一种电阻焊和超声波复合成型装置及成型方法
技术领域
本发明涉及微细加工领域，尤其是利用电阻焊和超声波同时加工微零件的成型装置和成型方法。
背景技术
通过电阻焊是利用两个电极在工件接触面及邻近区域产生的电阻热而将工件熔化成熔融或塑化状态，使之达到焊接和熔合的目的的。超声波是利用超声波的高频振动来加热工件内部和表面，同时施以压力则可实现焊接和成型的方法。但现有的超声波和电阻焊一般应用于金属部件的焊接，很少应用于零件加工，也并未有超声波和电阻焊结合使用的微零件成型的相关装置或设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可利用电阻焊和超声波进行微零件成型的装置和方法。
本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决：
一种电阻焊和超声波复合成型装置，其包括绝缘底座，所述绝缘底座中部设置有定位槽，所述定位槽中设置有绝缘腔体，所述绝缘腔体中部为上下贯穿的中空部，所述中空部自下而上依次设置有第一电极、导电模具、导电成型材料、第二电极；所述第二电极的上部设置有绝缘层，所述绝缘层上部为超声冲头，所述超声冲头设置于万能材料试验机的压板横梁上；所述绝缘底座设置于所述万能材料试验机上，其中部开设有中心槽，所述中心槽的中心线与所述中空部的中心线同轴；所述绝缘底座的侧面开设有第一走线槽，所述绝缘腔体的侧面开设有第二走线槽；所述绝缘腔体的内壁上设置有用于在所述导电成型材料两侧放置热电偶的安置孔。
优选地，所述导电成型材料为粉状、条带状或者块状。
优选地，所述第一电极与第二电极均为铜电极。
优选地，所述绝缘腔体为塑料或者石英玻璃制成。
本装置复合了超声波和电阻焊两个能量源，成型时间极短，一般小于1.0s，可在最大程度上避免所成型的微零件的氧化；通过热电偶，可以在线实时测量成型材料的温度；且导电模具可反复利用，超声冲头磨损少，成型的微零件填充性和致密度更好。
本发明还提出一种采用所述电阻焊和超声波复合成形装置进行加工的复合成型方法，其包括如下步骤：
步骤一：启动所述万能材料试验机，将所述绝缘腔体内的导电成型材料压紧，并保持载荷大于100N；
步骤二：启动所述超声冲头，并接通所述第一电极和第二电极的电源；所述超声冲头的功率大于1000W，频率为20kHz，连续工作时间大于1.0秒，所述第一电极和第二电极的工作电压大于1.0V，电流大于1000A，连续工作时间大于50毫秒；
步骤三：所述万能材料试验机继续加载至大于500N的载荷，并保持1.0秒；
步骤四：卸载，取出导电模具，从所述导电模具中取出成型的导电成型材料。
优选地，所述导电成型材料的一侧或两侧设置有用于记录成型温度曲线的测温装置，当完成成型后，卸载前，关闭所述测温装置，记录并保存测温曲线。
本发明达到的技术效果有：
1.复合了超声波和电阻焊两个能量源。
2.成型时间极短，控制在1.0秒以内，可以在最大程度上避免成型微零件的氧化。
3.节省了导电成型材料，成型模具也可反复利用。
4.超声冲头与导电成型材料不接触，减少了对超声冲头的磨损。
5.在线实时测量导电材料的成型温度曲线。
6.与单纯使用电阻焊成型工艺制备的微零件相比，复合成型工艺制备的微零件填充性和致密度更好。
7.无需使用外部热源即可成型金属材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明电阻焊和超声波复合成型装置优选实施例的结构示意图；
标号说明：
1压板横梁，2超声冲头，3绝缘层，4第一电极(负极)，5绝缘腔体，6第二电极(正极)，7导电成型材料，8热电偶，9导电模具，10绝缘底座，
11万能材料试验机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的电阻焊和超声波复合成型装置如图1所示，包括绝缘底座10，绝缘底座10中部设置有定位槽(未标号)，所述定位槽中设置有绝缘腔体5，所述绝缘腔体5中部为上下贯穿的中空部，所述中空部自下而上依次设置有第一电极4、导电模具9、导电成型材料7、第二电极6；所述第二电极6的上部设置有绝缘层3，所述绝缘层3的上部为超声冲头2，所述超声冲头2设置于万能材料试验机11的压板横梁1上。本装置复合了超声波和电阻焊两个能量源，使零件成型的时间非常短，一般在1.0秒以内，可减小成型微零件的氧化，避免不良影响。
所述绝缘底座10也设置于万能材料试验机11上，其中部开设有中心槽，所述中心槽的中心线与所述中空部的中心线同轴，使绝缘底座10稳固的支撑所示绝缘腔体5的同时，减少其平面度对加工质量的影响。所述绝缘底座10的侧面开设有第一走线槽，所述绝缘腔体的侧面开设有第二走线槽，用于设置两个电极的电源线与线号线等。
本发明中的导电成型材料可采用常用的电阻焊材料，可以为粉状，也可以为块状，所述第一电极与第二电极均为铜电极；在图示的优选实施例中，第一电极4设置为负极，第二电极6设置为正极；根据实际情况，亦可将第一电极4设置为正极，第二电极6设置为负极。所述绝缘腔体5为塑料或者石英玻璃制成，当然也可根据透明度或耐热度等特殊要求采用其它常用绝缘材料。
为了检测加工温度，本发明优选实施例的绝缘腔体5的内壁上设置有用于在所述导电成型材料7两侧放置热电偶8的安置孔。该热电偶8可以根据检测灵敏度和电路的设计，选用合适的型号。在本优选实施中，热电偶8与数据采集卡信号连接，用于采集和保存成型过程中的温度变化曲线。
本发明中的导电模具9可反复利用，制作不同的零件时，仅需更换导电模具9即可，其它组件无需改变；而且在加工过程中，超声冲头2与导电成型材料没有直接接触，磨损较少，提高了设备的使用寿命。
在装配本装置时，绝缘底座10和绝缘腔体5为过渡配合，第二电极6(正极)和绝缘腔体5为过盈配合，第一电极4(负极)和绝缘腔体5为间隙配合。依次将绝缘腔体5、第二电极6和绝缘底座10依次装配好，然后将带有微结构的导电模具9置于绝缘腔体5之上，后续在绝缘腔体5的腔体中装入导电成型材料7，将第二电极6置于导电成型材料7之上压平；最后将绝缘层3置于第二电极6之上，再利用超声冲头2将绝缘层3压紧在第二电极6之上。
根据该装置，本发明还提出一种复合成型方法，其包括如下步骤：
步骤一：启动所述万能材料试验机11，将所述绝缘腔体5内的导电成型材料7压紧，并保持载荷大于100N；
步骤二：启动所述超声冲头2，如有测温装置(即本实施例中的热电偶8和与之相配合的数据采集卡)，则一并启动；并接通所述第一电极4和第二电极6的电源；所述超声冲头2的功率大于1000W，频率为20kHz，连续工作时间大于1.0秒，所述第一电极4和第二电极6的工作电压大于1.0V，电流大于1000A，连续工作时间大于50毫秒；
步骤三：所述万能材料试验机11继续加载至大于500N的载荷，并保持1.0秒；
步骤四：卸载，取出导电模具9，从所述导电模具9中取出成型的导电成型材料7，导电成型材料7在电阻热和超声的作用下，将形成导电模具9中模型，完成加工；如在步骤二中开启了测温装置，则可先关闭测温装置，记录并保存了测温区先后再卸载。为了得到更好或特殊的材料性能，后续可进一步对该零件进行加工、热处理等工艺。
与单纯使用电阻焊或超声成型工艺制备的微零件相比，本发明的复合成型工艺制备的微零件填充性和致密度更好，而且无需使用外部热源，加工效率高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种电阻焊和超声波复合成型装置，其特征在于：其包括绝缘底座，所述绝缘底座中部设置有定位槽，所述定位槽中设置有绝缘腔体，所述绝缘腔体中部为上下贯穿的中空部，所述中空部自下而上依次设置有第一电极、导电模具、导电成型材料、第二电极；所述第二电极的上部设置有绝缘层，所述绝缘层上部为超声冲头，所述超声冲头设置于万能材料试验机的压板横梁上；所述绝缘底座设置于所述万能材料试验机上，其中部开设有中心槽，所述中心槽的中心线与所述中空部的中心线同轴；所述绝缘底座的侧面开设有第一走线槽，所述绝缘腔体的侧面开设有第二走线槽；所述绝缘腔体的内壁上设置有用于在所述导电成型材料两侧放置热电偶的安置孔。
2.如权利要求1所述的电阻焊和超声波复合成型装置，其特征在于：所述导电成型材料为粉状、条带状或者块状。
3.如权利要求1所述的电阻焊和超声波复合成形装置，其特征在于：所述第一电极与第二电极均为铜电极。
4.如权利要求1所述的电阻焊和超声波复合成形装置，其特征在于：所述绝缘腔体为塑料或者石英玻璃制成。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述的电阻焊和超声波复合成形装置的复合成型方法，其特征在于：其包括如下步骤：
步骤一：启动所述万能材料试验机，将所述绝缘腔体内的导电成型材料压紧，并保持载荷大于100N；
步骤二：启动所述超声冲头，并接通所述第一电极和第二电极的电源；所述超声冲头的功率大于1000W，频率为20kHz，连续工作时间大于1.0秒，所述第一电极和第二电极的工作电压大于1.0V，电流大于1000A，连续工作时间大于50毫秒；
步骤三：所述万能材料试验机继续加载至大于500N的载荷，并保持1.0秒；
步骤四：卸载，取出导电模具，从所述导电模具中取出成型的导电成型材料。
6.如权利要求5所述的复合成型方法，其特征在于：所述导电成型材料的一侧或两侧设置有用于记录成型温度曲线的测温装置。
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