[发明专利]多尺度特征结构分步式微压印成形装置及成形方法

说明书

本发明公开一种多尺度特征结构分步式微压印成形装置及成形方法，包括上模柄、下模柄、上模板、下模板、凸模和凹模，上下模柄分别固定于压力机的横梁和底座上，上模柄的底端依次同轴线固定连接有上模板和凸模，下模柄的顶端依次同轴线固定连接有下模板和凹模，坯料放置于凹模上。采用本发明能够实现阵列结构的宏观结构与微观结构分步成形，阵列微结构从微米尺度到厘米尺度高精度微压印成形，解决微压印多尺度加工单纯依靠一种加工工艺难度大，尺寸精度和加工效率难以同时实现的问题。实现阵列微结构高精度微压印成形，集精确定位、成形温度控制以及脱模于一体，提高了加工效率，实现批量制造。

技术领域

本发明涉及微成形技术领域，特别是涉及一种多尺度特征结构分步式微压印成形装置及成形方法。

背景技术

多尺度微结构是微小型蒸汽腔、微小型平板热管、微通道换热器等微型热控系统内部的关健部件，零件特征尺寸由毫米级至亚微米甚至纳米量级，具有宏观、介观和微观三个尺度的特征结构。以蒸汽腔多尺度阵列微结构板为例，其外形尺寸一般在毫米量级，属于宏观尺度，阵列微通道的尺寸一般在毫米至微米量级，属于介观尺度范畴。同时，为了提高微型热控系统的传热性能，增加微结构的毛细力作用，阵到微通道表面具有大量的毛细结构，特征尺寸一般在微米或纳米量级，属于微观尺度。

目前该类零件主要采用微铣削、微细电火花以及激光等微纳加工方法制造。该类方法由于受到工艺条件的限制，存在加工零件重复精度差、加工效率低、表面质量难以保证等问题，难以满足微结构零件高精度、低成本批量制造要求。专利号为ZL201510009443.1，发明名称是一种金属微热压印成形模具装置及方法的专利文件中，利用硅刻蚀模具能够实现微米尺度阵列微结构制造。然而，对于多尺度微结构零件，微压印成形过程材料流动路径复杂，同时实现多尺度微结构的高质量填充需要提供更大的压力和更高的成形温度，导致硅模具内部刻蚀微结构容易损坏，模具寿命降低，甚至导致微压印成形工艺难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种多尺度特征结构分步式微压印成形装置及成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，利用分布式微压印成形方法，逐次实现具有不同尺度的特征结构，改善多尺度微结构的填充质量，显著降低了多尺度特征结构的制造难度，满足了多尺度结构零件制造精度、模具寿命以及低成本批量制造需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种多尺度特征结构分步式微压印成形装置，包括上模柄、下模柄、上模板、下模板、凸模和凹模，上下模柄分别固定于压力机的横梁和底座上，所述上模柄的底端依次同轴线固定连接有所述上模板和凸模，所述下模柄的顶端依次同轴线固定连接有所述下模板和凹模，坯料放置于所述凹模上。

优选的，所述上模板与上模柄之间设置有上隔热板，所述上隔热板通过螺钉与所述上模板同轴线连接；所述下模板与所述下模柄之间设置有下隔热板，所述下隔热板通过螺钉与所述下模板同轴线连接。

优选的，所述上模板的底端与所述凸模之间还同轴线安装有上垫板。

优选的，所述凸模通过凸模固定板、凸模固定套和凸模固定键固定在所述上垫板上；所述凸模固定板固定安装在所述上垫板的底端，所述凸模固定套一端固定在所述凸模固定板上，另一端用于固定所述凸模，所述凸模固定键插设在所述凸模固定套上。

优选的，所述凸模固定板与下模板之间安装有多根导柱，所述导柱的两端对应设置有导套，所述导柱内安装有限位柱。

优选的，所述凹模安装在凹模座上，所述凹模座同轴线固定于所述下模板的顶端。

优选的，所述凹模座上分别放置有推块和垫块，横向放置的所述推块位于竖向放置的所述垫块的底端，坯料放置在所述垫块上。

优选的，所述凹模座的外围设置有加热圈，所述凹模座与所述下模板之间安装有耐热板。

优选的，所述凸模包括三角形凸模通道和带有台阶的三角形凸模通道。