[发明专利]薄壁复杂曲面微结构构件超声振动辅助微胀形方法

说明书

薄壁复杂曲面微结构构件超声振动辅助微胀形装置及方法，它涉及一种薄壁复杂曲面微结构成形装置及方法，以解决薄壁复杂曲面微结构构件现有工艺无法制造的问题，它包括上连接座、下连接座、超声波振动源、凸模、凹模和压料板；超声波振动源安装在上连接座上，上连接座竖向滑动安装在下连接座上，凹模安装在下连接座上，凸模滑动设置在压料板的内孔中，凸模下表面带有阵列的凸起微结构，凹模上表面带有阵列的凹陷微结构，凸起微结构与凹陷微结构匹配设置。微成形方法如下：一、装置组装，二、坯料板微胀形，得到薄壁复杂曲面微结构阵列构件。

技术领域

本发明涉及一种薄壁复杂曲面微结构成形装置及方法，具体涉及一种薄壁复杂曲面微结构阵列超声振动辅助微胀形装置及方法，属于材料成形领域。

背景技术

薄壁复杂曲面微结构构件，其特殊的曲面结构，使得该类结构具有光学、热控等多个方面的功能，在微电子等行业有着广泛的应用潜力。然而，该类型构件壁厚很小，通常在100μm以内，结构最大外轮廓尺寸小于10mm，结构为复杂曲面如球冠、正弦曲线等。目前，该类结构由于壁厚非常小无法采用传统的机械加工方法制造，而常规塑性成形方法容易导致壁厚严重减薄，甚至破裂等瓶颈问题，还不能实现高精度的薄壁复杂曲面微结构构件的精密成形。

发明内容

本发明提供一种薄壁复杂曲面微结构构件超声振动辅助微胀形装置及方法，为解决薄壁复杂曲面微结构构件现有工艺无法制造的问题。

本发明的技术方案是：

方案一：薄壁复杂曲面微结构构件超声振动辅助微胀形装置包括上连接座、下连接座、超声波振动源、凸模、凹模和压料板；

超声波振动源安装在上连接座上，上连接座竖向滑动安装在下连接座上，凹模安装在下连接座上，压料板与凹模连接且二者之间用于放置待成形的坯料板，凸模由凸模机驱动，凸模滑动设置在压料板的内孔中，凸模下表面带有阵列的凸起微结构，凹模上表面带有阵列的凹陷微结构，凸起微结构与凹陷微结构匹配设置。

方案二：薄壁复杂曲面微结构构件超声振动辅助微胀形方法是这样实现的：

一、装置组装，将凸模和凹模分别加工出曲面形的凸起微结构和凹陷微结构，将凹模安装在下模座上，将坯料板放置在凹模的带有凹陷微结构上，压料板安装在凹模上并压紧坯料板，将凸模置于压料板的内孔中，将超声波振动源安装在上连接座上，超声振动冲头及变幅杆穿过支撑板的中心孔，然后，将上连接器和下连接器连接在固定设备上；

二、坯料板微胀形，上连接器连接在试验机上，上连接座连接在上连接器上，在试验机作用下向下运动，其运动方向由导向柱导向，超声波振动源由上连接器经上模座、上支撑柱和固定板带动向下运动，启动超声波振动源，超声振动冲头作用到凸模上，随着凸模运动而向下运动，凸模向下运动作用到坯料板上，同时，超声波振动源提供超声振动并经变幅杆、凸模作用到坯料板上，超声振动频率为20-40KHz，振幅为1-10微米；

凸起微结构和凹陷微结构阵列相互配合，坯料板在凸模和凹模共同作用下，并有超声振动的辅助，产生胀形变形，当凸模下降到与凹模的间隙是坯料板的厚度时，试验机停止上连接座向下运动，并保持所在位置一定时间后返程，取出凸模后即可取出成形的薄壁复杂曲面微结构阵列构件。

本发明相比现有技术的有益效果是：薄壁复杂曲面微结构阵列构件超声振动辅助微胀形装置及方法，是采用薄板成形该构件，利用超声振动辅助成形的优点，对薄板复杂曲面微结构阵列成形具有重要的积极效果，主要以下几个方面：

(1)利用超声振动改善薄板塑性变形性能，提高其延伸率，壁厚更均匀，如最大壁厚减薄量从27％显著降低至19％，能够提高胀形成形极限，非常适合薄壁复杂曲面结构阵列成形；

(2)当凸模移动到位置后保持一定施加超声振动的时间，使得成形的薄板能够更好的贴膜，成形的复杂曲面微结构阵列精度更高，贴膜精度提高了12％。