[发明专利]基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀的装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀装置及方法，其特征在于利用高压淹没空化水射流中空泡溃灭产生的高压冲击波、高速微射流和局部高温，并结合相应的模具来对微零件进行冲压或刻蚀加工，冲压或累积刻蚀形成所需要的形状。用于产生高压淹没空化水射流的装置，包括蓄水池系统，定量泵‑蓄能器‑卸荷阀恒压能源系统，空化水射流发生系统，高压淹没加工系统，循环回路系统和相关外围设备；本发明不同于常规的加工方法，其丰富了微零件冲压和刻蚀的加工方法，冲压的程度和精度、刻蚀加工的精度和效率得到较大提高，且整个装置结构简单，易操作，易维护，成本较低，对环境友好。

技术领域

本发明涉及机械制造、材料成形、特种加工领域，特指种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀的装置及方法。

背景技术

在工业领域中，各种微零件的使用场合越来越多，特别是在生物学、环境监控、航空航天、工业与国防等领域。由于在尺度效应、结构、材料和工作原理等方面的变化，微零件的成形和加工难度越来越大，其中既有材料性能提高带来的成形和加工难度，也有零件结构微小带来的复杂性，例如钢的强度由250MPa提高到1000MPa，塑性由45％降低到12％，铝合金的强度由150MPa提高到530MPa，塑性由30％降低到10％。如何找到一种加工精度高、加工效率高、生产成本低、适应性较强，特别适合于这些难加工材料微零件的加工方法是目前迫切需要解决的问题。

目前对于这些难加工材料微零件的加工方法主要有传统机械加工、微细电火花加工、激光加工、电子束加工、微细电腐蚀加工、离子束加工、微塑性成形加工、LIGA和准LIGA工艺等。其中，应用较广的冲压成形主要采用机械微冲压技术、激光微冲击成型技术，刻蚀加工主要采用LIGA、准LIGA工艺等。

现有的微塑性成形加工中工件存在变形，且受限于刀具尺寸，很难加工出微零件结构。机械微冲压技术同样存在很多技术难点：一是冲头的制造成本高，效率低；二是由于冲头尺寸小、强度低，轻微的扰动都可能导致冲头和冲模的损坏；三是冲头和冲模的定位和运动控制决定了冲床应具有很高的精度。激光微冲击成形技术存在设备贵，加工件存在重铸层，且表面质量差等缺点。对于刻蚀加工，LIGA和准LIGA工艺技术投资大，加工过程复杂，对环境污染大。专利CN102248292B(利用激光空化微射流冲压成型微细零件的装置及方法虽然解决了激光微冲击成型激光直接作用于零件表面引起的问题，但是其产生的空化微射流强度有限，加工效率较低，没有能力完成刻蚀加工，并且设备贵的问题未得到解决。如何解决这些难题，提出一种新的加工理念及加工方法是一个巨大的挑战。

为此，本发明提出了一种全新的微零件成形和刻蚀加工的方法，目前这方面国内外没有涉及，所以该方法有着巨大的发展潜力。

发明内容

本发明的目的是提出种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀的装置及方法。利用强度可调节的高压淹没空化水射流中空泡溃灭产生的高压冲击波、高速微射流和局部高温，并结合空化水射流导向装置、冲压模具、刻蚀掩模等来对难加工微零件进行冲压和刻蚀加工。

本发明采用的技术方案是：

一种基于高压淹没空化水射流的微零件冲压及刻蚀装置，其特征在于：包括蓄水池系统、定量泵-蓄能器-卸荷阀恒压能源系统、空化水射流发生系统、高压淹没加工系统，其特征在于，

所述蓄水池系统由蓄水池、冷水机组和排水阀组成；蓄水池右下方设计有进水口与冷水机组连通，蓄水池左下方设有排水阀，且蓄水池上方分别设置进水管和出水管；

所述定量泵-蓄能器-卸荷阀恒压能源系统包括第一过滤器、高压柱塞泵、单向阀、电磁溢流阀和卸荷阀，所述蓄水池出水管上依次设置第一过滤器、高压柱塞泵、单向阀，所述高压柱塞泵与单向阀之间的管路上设置分支管路连通蓄水池，所述分支管路上设置有电磁溢流阀和卸荷阀；