CN106067553A - 微沟道高分子粉末成形方法 - Google Patents

微沟道高分子粉末成形方法 Download PDF

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Abstract

一种微沟道高分子粉末成形方法，坯料放置在微沟道成形纹路上，坯料至少部分位于卡位部上；凸模填料腔与微沟道成形纹路的轴线重合对齐后压料板与下模合上；压料板的底面紧贴坯料，对压料板施加压力，以使卡位部对坯料进行卡位固定；向凸模填料腔填充高分子粉末；高分子粉末对坯料向微沟道成形纹路压制；在预设条件满足时，坯料的微沟道区域表面积发生形变形成微沟道。由于坯料被卡位部进行卡位固定，因此，在成形过程中，坯料的外部轮廓大小不变，而微沟道区域表面积发生形变，此外，由于高分子粉末的推进，使得微沟道区域受力均匀，从而使得微沟道区域成形的微沟道厚薄相对均匀。

Description

微沟道高分子粉末成形方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种微沟道高分子粉末成形方法。
背景技术
在微机电系统、微系统技术、生物医疗等领域零件的微成形成为主要方向之一，然而，随着对零件的要求越来越高，例如微沟道成形的难度急剧上升。现有技术中，以微型燃料电池极板为例，微型燃料电池极板流场特征尺寸减小导致的尺寸效应也对极板材料和加工工艺提出了更高的要求。现在常用的金属微流场板制造成形工艺有：刻蚀、电铸、线切割和冲压成形、MEMS微加工技术等。基于冲压成形等常规塑性变形手段需要加工微型模具。由于微型质子交换膜燃料电池流场板自身外形尺寸很小，为厘米级，甚至毫米级，其流道尺寸为微米量级，微型凸、凹模的加工难度以及加工成本急剧上升，模具间的配合更加困难；另外，利用激光微细加工、光刻、化学刻蚀、线切割、辊压成形和机械切削加工等技术加工效率低，加工费用高，且批量生产较困难。
如何实现零件的微沟道成形区域的微沟道成形成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于实现目标零件的微沟道成形区域的微沟道成形。
为此，本发明实施例公开了一种微沟道高分子粉末成形方法，包括如下步骤：
根据目标零件的微沟道区域直径d和坯料的直径尺寸D，在压料板内制作直径范围为大于等于d、小于等于d/2+D/2的凸模填料腔以及与凸模填料腔相匹配的压头；根据目标零件的微沟道形状在下模的顶面制作微沟道成形纹路；在下模的顶面以微沟道成形纹路的中轴线为中心制作与坯料的直径尺寸D相匹配的卡位部，卡位部位于压料板的下方；坯料放置在微沟道成形纹路上，坯料至少部分位于卡位部上；凸模填料腔与微沟道成形纹路的轴线重合对齐后压料板与下模合上；压料板的底面紧贴坯料，对压料板施加压力，以使卡位部对坯料进行卡位固定；向凸模填料腔填充高分子粉末；冲头插入凸模填料腔并向坯料方向推进，高分子粉末对坯料向微沟道成形纹路压制；在预设条件满足时，坯料的微沟道区域表面积发生形变形成微沟道。
进一步，高分子粉末采用高分子聚合物粉末，其成分选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中一种或任意组合。
进一步，预设条件为冲头向坯料方向推进时冲头提供的压力达到预设压力值。
进一步，预设条件为冲头向坯料方向推进过程的时长达到预设时长。
进一步，目标零件的微沟道的单个微沟道宽度小于或等于100微米，根据目标零件的微沟道形状在下模的顶面制作微沟道成形纹路，包括：利用热塑性成形在非晶合金模具上制作微沟道成形纹路；将具有微沟道成形纹路的非晶合金模具固定在下模的顶面，具有微沟道成形纹路的一侧朝向下模端面的外侧。
进一步，通过螺钉或螺栓的方式固定压料板和下模，以实现对压料板施加压力，以使卡位部对坯料进行卡位固定。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供的微沟道高分子粉末成形方法，根据目标零件的微沟道形状在下模的顶面制作微沟道成形纹路，坯料放置在微沟道成形纹路上，坯料至少部分位于卡位部上，压料板的底面紧贴坯料，对压料板施加压力，以使卡位部对坯料进行卡位固定，高分子粉末对坯料向微沟道成形纹路压制，从而，使得坯料微沟道区域表面积发生形变形成与微沟道成形纹路相匹配的微沟道。由于坯料被卡位部进行卡位固定，因此，在成形过程中，坯料的外部轮廓大小不变，而微沟道区域表面积发生形变，此外，由于高分子粉末的推进，使得微沟道区域受力均匀，从而使得微沟道区域成形的微沟道厚薄相对均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中微沟道高分子粉末成形方法作业过程中一个状态示意图；
图2为本发明实施例中图1虚线区域的局部放大图；
图3为本发明实施例中微沟道高分子粉末成形方法过程流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本申请人在其在先公开号为104624767A的专利中公开了一种大拉深比的微拉深件成形方法，其坯料两端为自由状态，通过拉力变形的方式实现大拉深比的拉深件件成形，由于两端自由，从而，使得成形时拉深件厚薄不均匀，此外，也是因为坯料两端自由，使得该成形方法适用于拉深件的成形，而无法实现目标零件中间区域形成微沟道等的成形。基于上述发现，本实施例旨在通过对成形方法进行改进，以实现目标零件中间区域形成微沟道。
本实施例主要用于最大尺寸在5mm以下的目标零件的微沟道成形，成形坯料可以是铜、铝、钢等薄板。请参考图1和图2，其中，图2是图1虚线区域的局部放大图，本实施例公开的一种成形装置，该成形装置包括：压头1、兼作压边圈的压料板2、高分子粉末3和下模5等，压料板2内制作有与压头1相匹配的凸模填料腔21，凸模填料腔21的直径范围可选的为大于等于d、小于等于d/2+D/2，其中，d为目标零件的微沟道区域直径d，D为坯料4的直径尺寸。
请参考图1和图2，下模5顶面制作有微沟道成形纹路51，在压料板2放置在下模5上时，该微沟道成形纹路51位于凸模填料腔21位于凸模填料腔21的底部，并且，该微沟道成形纹路51与目标零件的微沟道形状相匹配。在优选的实施例中，目标零件的微沟道的单个微沟道宽度小于或等于100微米，本实施例中，利用非晶合金模具实现微沟道纹路的加工，而后，将具有微沟道纹路的非晶合金模具固定在下模5的顶面，并且，具有微沟道成形纹路的一侧朝向下模5端面的外侧，从而实现了下模5顶面微沟道成形纹路51的制作。作为可选的实施例，非晶合金模具的材料可以是例如：Pd40Cu30Ni10P20、La57.5Cu12.5Ni12.5Al17.5、Zr65Cu15Al10Ni10和Mg65Cu25Gd10等的任意一种或者具有其它成分的非晶合金，。
请参考图1和图2，本实施例中，为了实现对坯料4进行卡位固定，在下模5的顶面以微沟道成形纹路51的中轴线为中心制作与坯料4的直径尺寸D相匹配的卡位部52，卡位部52位于压料板2的下方，作为例子，卡位部52可以通过例如拉深筋来实现。
在本实施例中，高分子粉末3放置在凸模填料腔21内，在具体实施例中，高分子粉末3可以采用高分子聚合物粉末，其成分选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中一种或任意组合。
为了实现压料板2与下模5能够固定连接，在具体实施例中，压料板2上制作有贯穿其上下表面的通孔或螺纹孔，继而，可以通过螺钉或螺栓的方式固定压料板2和下模5，以实现对压料板2施加压力，从而，使得卡位部52对坯料4进行卡位固定。需要说明的是，在具体实施例中，在实现卡位部52对坯料4进行卡位固定时，坯料4应当至少部分位于卡位部52上。
本实施例中，请参考图3，微沟道高分子粉末成形过程如下：
步骤S100，将坯料4置放在下模5的顶面的微沟道成形纹路51。在具体实施例中，坯料4应当至少部分位于下模5的卡位部52上，具体地，可以是坯料4的边缘区域位于卡位部52上。在优选的实施例中，坯料4微沟道区域的中心轴线应当与微沟道成形纹路51的中心轴线重合，需要说明的是，该重合度可以允许一定的重合误差存在，具体可以根据经验或者实际需要确定该误差范围。
步骤S200，将压料板2自上而下置放在下模5的顶面，向卡位部52提供压边力。在具体实施例中，可以通过螺钉或螺栓等方式固定压料板2和下模5，从而实现压边力的提供，在该压边力的作用下，使得坯料4通过卡位部52压紧固定，以防止坯料4相对于下模5移动。
步骤S300，将预设量的高分子粉末3填充至凸模填料腔21中。在具体实施例中，高分子粉末3的量可以根据经验确定。
步骤S400，将冲头1插入凸模填料腔21内。本实施例中，冲头1应当在高分子粉末3之上，在将冲头1插入凸模填料腔21后，冲头1下行，从而推动高分子粉末3下行，在高分子粉末3的压力作用下，坯料4与高分子粉末3接触的区域开始发生表面积形变，于是，按照微沟道成形纹路51在该区域(坯料4微沟道区域)开始形成与微沟道成形纹路51形状匹配的微沟道。需要说明的是，由于坯料4的边缘被卡位部52压紧固定，从而能够向坯料4提供双向拉力，即：在成形过程中，坯料4外廓大小不变，而在微沟道区域发生了表面积形变，通常该表面积为增大。
步骤S500，回退冲头1。当预设条件满足时，表征了坯料4微沟道区域已经完成与微沟道成形纹路51形状匹配的微沟道的成形，此时可以回退冲头1。在一种实施例中，预设条件可以是冲头1向坯料方向推进时冲头1提供的压力达到预设压力值；在另一种实施例中，预设条件也可以是冲头1向坯料方向推进过程的时长达到预设时长。
本实施例提供的微沟道高分子粉末成形方法，根据目标零件的微沟道形状在下模的顶面制作微沟道成形纹路，坯料放置在微沟道成形纹路上，坯料至少部分位于卡位部上，压料板的底面紧贴坯料，对压料板施加压力，以使卡位部对坯料进行卡位固定，高分子粉末对坯料向微沟道成形纹路压制，从而，使得坯料微沟道区域表面积发生形变形成与微沟道成形纹路相匹配的微沟道。由于坯料被卡位部进行卡位固定，因此，在成形过程中，坯料的外部轮廓大小不变，而微沟道区域表面积发生形变，此外，由于高分子粉末的推进，使得微沟道区域受力均匀，从而使得微沟道区域成形的微沟道厚薄相对均匀。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种微沟道高分子粉末成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据目标零件的微沟道区域直径d和坯料(4)的直径尺寸D，在压料板(2)内制作直径范围为大于等于d、小于等于d/2+D/2的凸模填料腔(21)以及与凸模填料腔(21)相匹配的压头(1)；根据目标零件的微沟道形状在下模(5)的顶面制作微沟道成形纹路(51)；
在下模(5)的顶面以微沟道成形纹路(51)的中轴线为中心制作与坯料(4)的直径尺寸D相匹配的卡位部(52)，所述卡位部(52)位于所述压料板(2)的下方；
坯料(4)放置在微沟道成形纹路(51)上，所述坯料(4)至少部分位于所述卡位部(52)上；凸模填料腔(21)与微沟道成形纹路(51)的轴线重合对齐后压料板(2)与下模(5)合上；压料板(2)的底面紧贴坯料(4)，对压料板(2)施加压力，以使卡位部(52)对坯料(4)进行卡位固定；向凸模填料腔(21)填充高分子粉末(3)；冲头(1)插入凸模填料腔(21)并向坯料方向推进，高分子粉末(3)对坯料(4)向微沟道成形纹路(51)压制；在预设条件满足时，坯料(4)的微沟道区域表面积发生形变形成微沟道。
2.如权利要求1所述的微沟道高分子粉末成形方法，其特征在于，所述高分子粉末(3)采用高分子聚合物粉末，其成分选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中一种或任意组合。
3.如权利要求1所述的微沟道高分子粉末成形方法，其特征在于，所述预设条件为冲头(1)向坯料方向推进时冲头(1)提供的压力达到预设压力值。
4.如权利要求1所述的微沟道高分子粉末成形方法，其特征在于，所述预设条件为冲头(1)向坯料方向推进过程的时长达到预设时长。
5.如权利要求1-4任意一项所述的微沟道高分子粉末成形方法，其特征在于，目标零件的微沟道的单个微沟道宽度小于或等于100微米，所述根据目标零件的微沟道形状在下模(5)的顶面制作微沟道成形纹路(51)，包括：
利用热塑性成形在非晶合金模具上制作微沟道成形纹路(51)；
将具有微沟道成形纹路(51)的非晶合金模具固定在下模(5)的顶面，具有微沟道成形纹路(51)的一侧朝向下模(5)端面的外侧。
6.如权利要求1-4任意一项所述的微沟道高分子粉末成形方法，其特征在于，通过螺钉或螺栓的方式固定压料板(2)和下模(5)，以实现所述对压料板(2)施加压力，以使卡位部(52)对坯料(4)进行卡位固定。
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