[发明专利]一种超声辅助微压印成形装置及微压印成形方法

权利要求书

1.一种超声辅助微压印成形装置，包括超声电源、超声换能器、超声变幅杆、多孔超声变幅器、下冲头、微压印模具和上冲头，其特征在于：所述的超声电源与超声换能器连接，超声换能器通过连接螺栓顺序串接超声变幅杆、多孔超声变幅器；所述的超声变幅器下端面通过螺纹连接支撑腿，支撑腿支撑整个装置，超声变幅器上端面通过连接螺栓连接下冲头，工件固定在下冲头上，微压印模具固定在上冲头上；所述的超声电源为超声换能器提供电能，超声换能器用于将电信号转变为高频的机械振动波，超声变幅杆用于将超声换能器所产生的水平超声振幅放大；多孔超声变幅器将超声变幅杆的水平方向超声振动转换为竖直方向的超声振动。

2.根据权利要求1所述的一种超声辅助微压印成形装置，其特征在于：所述的超声变幅杆为常规阶梯型超声变幅杆。

3.根据权利要求1所述的一种超声辅助微压印成形装置，其特征在于：所述的多孔超声变幅器由中部的矩形体块及矩形体块的上下表面沿其法向渐变凸出的两个对称矩形多面体结构构成，多孔超声变幅器的上表面为辐射面，上表面和下底面的四条边与中部矩形体块之间各通过四个圆弧面过渡，在上表面和下底面上沿Z方向均匀分布25个具有相同直径且上下对称的竖直盲孔，所述的竖直盲孔的高度与渐变凸出的矩形多面体高度相同，所述的竖直盲孔在靠近上下表面的一端具有内螺纹用于连接固定下冲头的连接螺栓和支撑腿，在两个渐变凸出的矩形多面体结构中部分别沿水平X和Y两个方向各布置5个直径大小不一的水平通孔；多孔超声变幅器通过在本体内布置的X、Y、Z三个方向的孔来改变超声变幅器的超声振动特性，实现输入水平超声振动与输出竖直超声振动间的转换。

4.根据权利要求1中所述的一种超声辅助微压印成形装置，其特征在于：所述的连接螺栓均为双头螺柱，其中超声换能器与超声变幅杆、超声变幅杆与多孔超声变幅器之间的两个连接螺栓的中心线处于同一水平面上，而多孔超声变幅器与下冲头之间的连接螺栓的中心线与前述的两个连接螺栓的中心线垂直。

5.一种应用权利要求1所述的超声辅助微压印成形装置的微压印成形方法，其特征在于：采用所述的多孔超声变幅器将水平超声振动转换为竖直超声振动，多孔超声变幅器的上表面作为辐射面来负载下冲头和工件实现高频谐振；工件和下冲头固结在一起通过连接螺栓与多孔超声变幅器一起作竖直高频振动，微压印模具则在上冲头的驱动下向下运动到预定位置，与下冲头一起完成对工件的微压印成形过程。

6.根据权利要求5所述的超声辅助微压印成形装置的微压印成形方法，其特征在于至少包括如下步骤：

步骤1、将工件固定在下冲头上，下冲头通过连接螺栓与多孔超声变幅器连接，微压印模具与上冲头连接在一起；通过计算机设定和控制微压印模具的行程；

步骤2、将超声电源和超声换能器通过电源线连接起来，开启超声电源，超声换能器将电信号转变为高频的机械振动波输出，超声变幅杆将超声换能器输出的水平超声振幅放大；多孔超声变幅器将超声变幅杆的水平方向超声振动转换为竖直方向的超声振动，同时多孔超声变幅器的上表面作为辐射面来负载下冲头和工件；辐射面支撑下冲头和工件实现竖直方向的高频谐振；

步骤3、下冲头、工件与多孔超声变幅器一起作竖直高频振动，微压印模具则在上冲头的驱动下向下运动，当微压印模具与工件接触后，微压印模具继续运动到预定位置使二者间产生预定的压力并使微压印模具压入到工件材料中，微压印模具运动到预定位置后需要保持设定的时间，完成工件的微压印成形；

步骤4、工件微压印成形后，升起上冲头和微压印模具，实现微压印模具和工件的分离，完成整个超声微压印成形过程。