[发明专利]自适应式微弯曲成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明所涉及的技术领域是微塑性成形领域，特指一种自适应式微弯曲成形装置及方法，主要适用于微小器件中薄板的弯曲成形。

背景技术

    随着科学技术的不断进步，现代工业的范围不仅向深度方面延伸，也在不断扩大其范围，在此过程当中，产品微型化这个新领域正在不断的发展。尤其是当今微机电系统，集成化技术等学科的突破性发展，对微塑性成形的需求也越来越大。与此同时，在电子，医药，精密仪器等领域，微形器件也发挥着越来越大的作用。但因为产品微小，所以在加工工艺上的困难程度也大大增加，加工过程中的进给量、加载速度、加工精度、位移和力测量的实时性等因素对最终产品质量的影响都很大。很明显，传统的加工方法无法适用。

微弯曲成形作为微塑性成形的重要组成部分，在实际应用中也非常广泛。比如在微机电系统中的一些微型机械构件中的线条，连接头，连杆等，以及在一些电子传感器中的簧片等。目前微弯曲成形技术主要依赖于激光微弯曲成形技术和等离子电弧加热弯曲成形等，都是依据温度梯度理论而进行的微弯曲成形方法，其他方法有利用微模具弯曲成形和电化学成形方法等，近期光刻也被应用在这一领域。但目前对于微弯曲的研究大多集中在微弯曲的原理方面，对微弯曲具体的成形方法和装置研究略显不足，本设计就是针对于这一方面。

近年来国内外在微弯曲成形方法和装置上进行的研究较少。Kals对厚度在0.1~1mm镍合金以及铜合金薄板做了弯曲试验（Journal of Materials Processing Technology,2000,103：95-101），是根据普通自由弯曲比例缩小后的一种成形实验。W．Wang对镍箔作了微弯曲试验（International Journal of Plasticity,2003,19:365-382），根据应变梯度塑性理论研究了微弯曲的成形问题。上海交通大学的蒋振新等(电子工艺技术,2003,5)提出了一种借助二次熔胶工艺实现微弯曲面成型的新工艺制作了微弯曲镍梁，成形过程不宜控制。中国科学院力学研究所的黄晨光等人（中国激光,2002,3）对激光微弯曲的成形机理进行了模拟研究，激光参数对微弯曲成形影响很大，激光加热成本高且弯曲成形可控性差。经检索国内外在微塑性成形的专利技术为数不多，特别是专门针对塑性成形领域的微弯曲成形技术几乎没有。在微塑性成形领域，美国的Edward G. Wenskis设计了一种微拉伸用成形装置，专利号为US6983658，该装置仅用作微拉伸试验，难以应用在微弯曲上。中国专利03132554.8报道了哈尔滨工业大学的一种精密微塑性成形系统，其原理是采用压电陶瓷作为驱动器施压成形，但没有细化到微弯曲成形方面。中国专利200510022725.1报道了西北工业大学的一种微小型零件的超塑性挤压成形装置，但是是针对超塑性材料设计的工艺装置，适用面窄。

总结以上的研究和报道，现在已有的微弯曲成形技术存在以下缺点：1．在激光方面，利用了材料的温度梯度效应，通过激光加热，使得材料表面温度不均匀，材料变形不均匀，产生弯曲。由于现在激光技术尚不成熟，激光加热程度难以控制，最后成形工件精度不高，因此，这种技术仍在实验阶段；其次，激光加热能耗很高，不符合可持续发展的现代化生产理念，生产成本也很高。2．电化学的方法加工成本比较高，专业化程度高，且生产周期太长，不利于广泛应用。而且电化学方法生产的弯曲件材料表面质量不高，强度也比较低。3．超塑性微成形方法的前提是采用具有超塑性的材料，原材料受限，能够满足微器件要求的材料就更少，生产成本高，无法批量生产。另外超塑性材料需要特定的条件才能表现出超塑性，条件较苛刻，生产成本更高。4．采用传统模具的方法生产微弯曲件，模具制造很困难，而且由于微器件非常小，凸模的刚度就比较差，使用性能比较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的自适应式微弯曲成形装置及成形方法。

本设计的基本物理学原理：如图1所示，对于金属丝，在张紧状态下，如果给其任意一个方向（不妨设为横截面）加载一个力，那么金属丝会趋向于向阻力小的方向运动，并且会产生形变。运用这一原理，如果对于一束金属丝，在同样受力时，金属丝束横截面则会呈现出向阻力小的方向流动的现象，横截面的形状就会根据约束条件发生变化。