[发明专利]微槽道振动辅助犁挤-锻造复合成形装置及方法

说明书

本发明属于振动辅助成形相关技术领域，并公开了一种微槽道振动辅助犁挤‑锻造复合成形装置及方法。该装置包括机架和设置在该机架上的轴向进给机构、纵向进给机构、超声振动机构和工作台，纵向进给机构和工作台分别在纵向和横向改变所述超声振动机构相对待加工坯料的位置，轴向进给机构带动超声振动机构沿轴向运动，凸模作为超声振动机构的工具头，超声振动机构通过凸模对坯料施加纵向超声振动。犁挤‑锻造复合成形过程中凸模沿轴向进给，坯料经凸模刃齿劈分后，受凸模挤压面挤压隆起沿内侧面向上流动充型，同时坯料在凸模的纵向超声振动作用下发生镦锻变形。通过本发明，实现截面形状多样、精度要求较高的微槽道板件的高效成形。

技术领域

本发明属于振动辅助成形相关技术领域，更具体地，涉及一种微槽道振动辅助犁挤-锻造复合成形装置及方法。

背景技术

随着微电子技术的发展和航空航天技术轻量化的要求，对于高效率、轻量化的微型部件的需求与日俱增。在薄板表面加工出微槽道结构特征，可以提升换热效果、增加反应面积、起到减摩减阻的作用，在换热系统、微反应器以及燃料电池双极板等方面得到了广泛的应用。

微槽道结构的制造有两大类技术方法，一类是基于材料去除的技术如微电火花加工、激光加工、微切削加工、微切削加工、光化学加工，这类方法成形效率以及材料利用率较低，且成本较高，部分工艺会对环境产生污染，存在较大限制；另一类是基于材料塑性变形的成形工艺，一般采用微压印工艺进行成形，但存在成形效率低、成形力大、模具磨损严重、难以对大平面零件进行加工。

周旋等在“5A06铝合金微槽道薄板件等温振动辅助成形研究”中采用等温振动辅助成形来加工微槽道薄板，但存在微槽道不能完全成形的缺陷；申请公布号为CN105792613 A的发明专利“一种由交错犁切-挤压方法实现的垂直交错翅片结构的超薄均热板及其加工方法”中采用单刃刀具对微槽道薄板进行加工，这种方法无法精确成形微槽道，难以控制相邻微槽道间隆起筋条的形状，并且筋条表面由于自由变形而产生粗化。Gao等在“Grain and geometry size effects on plastic deformation in roll-to-platemicro/meso-imprinting process”中，采用R2P微细辊压技术对金属薄板表面微细结构进行加工，微槽道板件在成形后会出现翘曲的情况。

由于现有加工工艺的不足，需要一种新型的成形工艺对微槽道板件进行高效、高质量加工。在金属塑性成形过程中施加振动场，具有减小成形载荷、促进材料流动、改善成形零件表面质量以及减少板件回弹的作用，目前已经被广泛应用在塑性成形领域，因此可通过开发振动辅助的新型成形工艺对微槽道薄板件进行加工。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种微槽道振动辅助犁挤-锻造复合成形装置及方法，在加工过程中，通过凸模对待加工坯料进行犁挤-锻造复合工艺，解决型腔难以充满，成形精度低的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微槽道振动辅助犁挤-锻造复合成形装置，该装置包括机架和设置在该机架上的工作台、超声振动机构、纵向进给机构和轴向进给机构，其中：

所述工作台用于夹紧待加工坯料，并在多道次成形中携带待加工坯料横向进给，所述超声振动机构的末端连接有凸模，该超声振动机构设置在待加工坯料的上方，用于沿纵向对待加工坯料施加超声振动，该超声振动机构设置在所述纵向进给机构上，所述纵向进给机构设置在所述轴向进给机构上，用于在纵向改变所述凸模相对待加工坯料的纵向位置，所述轴向进给机构用于带动所述凸模进行轴向运动，其中：

所述凸模为多个刃齿结构，在加工过程中，所述凸模沿轴向进给的同时，坯料经凸模刃齿劈分后受挤压面挤压隆起沿内侧面向上流动充型，同时凸模在超声振动装置作用下产生纵向超声振动，对坯料予以镦锻，以此实现振动辅助犁挤-锻造复合成形。

进一步优选地，所述微槽道的宽度和深度范围均为0.2mm～1mm。