多尺度特征结构分步式微压印成形装置及成形方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。采用本发明专利技术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。

Multi-scale feature structure step-by-step micro-imprint forming device and forming method

The invention discloses a multi-scale feature structure step-by-step micro-indentation forming device and forming method, which comprises an upper die handle, a lower die handle, an upper template, a lower template, a punch and a concave die. The upper and lower die shanks are respectively fixed on the cross beam and the base of the press. The bottom end of the upper die shank is fixed with an upper template and a punch in turn, and the top end of the lower die shank is fixed with a lower template in turn by a coaxial line. And the die, the blank is placed on the die. The invention can realize the macrostructure and micro-structure of the array structure step by step, and the array micro-structure can be formed by high precision micro-imprinting from micron scale to centimeter scale, so as to solve the problem that the multi-scale micro-imprinting process only relies on one kind of processing technology, and the dimension accuracy and processing efficiency are difficult to achieve simultaneously. Achieving high precision micro-imprint forming of array micro-structure, integrating precise positioning, forming temperature control and demoulding, improves processing efficiency and realizes batch manufacturing.

【技术实现步骤摘要】
多尺度特征结构分步式微压印成形装置及成形方法
本专利技术涉及微成形
，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。
技术介绍
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，专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术提供了如下方案：本专利技术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。本专利技术还提供一种多尺度特征结构分步式微压印成形方法，应用于上述的多尺度特征结构分步式微压印成形装置，包括以下步骤：步骤一：坯料准备选定用来成形微型零件的块体坯料，并加工为10×10×1cm的坯料，采用机械抛光与电解抛光结合的方式处理坯料，保证坯料的表面质量；步骤二：选定用于成形的压力机型号；步骤三：模具装置安装与调试第一，分别将上下模柄固定于压力机的模梁和底座上；第二，将坯料置于凹模座上，再将凹模扣在坯料上，使坯料置于所述凹模下面开好的与坯料尺寸匹配的槽内；垫块与推块上都有小斜面，通过这个小斜面拉动所述推块，所述垫块即可向上或向下移动；放料时所述垫块低于所述凹模座平面，坯料放入槽内，安装上所述凹模后，拉动所述推块，所述垫块上升至与所述凹模座平齐，坯料进入凹模腔内，套上加热圈，实现全封闭压印；第三，先将凸模三角形冲头通道安装到凸模固定板上，合模，将模具放置到压力机底座上；第四，设置成形压力机参数，进行上下导向测试；步骤四：多尺度分步式微压印成形试验第一、打开加热开关，设置目标温度，对成形部分进行加热，当温度达到目标温度后温控系统进入保温程序；第二、设定成形压力机加载方式，确定加载速度、载荷大小以及保压时间工艺参数；第三、下移压力机横梁，使上模柄与上隔热板轻微接触，启动压力机成形控制程序，进行微压印成形实验；第四、试验结束后，压力机卸载，横梁上移，等坯料冷却后取出成形后零件，至此，完成了坯料的第一步微压印成形；步骤五：模具装置安装与调试第一，分别将上下模柄固定于压力机的模梁和底座上；第二，将坯料置于所述凹模座上，再将所述凹模扣在坯料上，使坯料置于所述凹模下面开好的与坯料尺寸匹配的槽内，所述垫块与推块上都有小斜面，通过这个小斜面拉动所述推块，所述垫块即可向上或向下移动；放料时所述垫块低于所述凹模座平面，坯料放入槽内，安装上所述凹模后，拉动所述推块，所述垫块上升至与所述凹模座平齐，坯料进入凹模腔内，套上加热圈，实现全封闭压印；第三，先将凸模带有台阶的三角形冲头通道安装到凸模固定板上，合模，将模具放置到压力机底座上；第四，设置成形压力机参数，进行上下导向测试；步骤六：多尺度分步式微压印成形试验第一、打开加热开关，设置目标温度，对成形部分进行加热，当温度达到目标温度后温控系统进入保温程序；第二、设定成形压力机加载方式，确定加载速度、载荷大小以及保压时间工艺参数；第三、下移压力机横梁，使上模柄与上隔热板轻微接触，启动压力机成形控制程序，进行微压印成形实验；试验结束后，压力机卸载，横梁上移，等坯料冷却后取出成形后零件，至此，完成了坯料的第二步微压印成形。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：采用本专利技术方法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。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为多尺度特征结构分步式微压印成形装置的整体结构示意图；图2为三角形凸模通道的结构示意图；图3为带有台阶的三角形凸模通道的结构示意图；其中，1上模柄；2上隔热板；3上模板；4凸模固定套；5凸模固定键；6凸模；6-1三角形凸模通道；6-2带有台阶的三角形凸模通道；7凹模；8凹模座；9推块；10导套；11耐热板；12下热隔板；13下模板；14导柱；15加热圈；16限位柱；17垫块；18凸模固定板；19坯料；20上垫板；21下模柄。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多尺度特征结构分步式微压印成形装置，其特征在于：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。

【技术特征摘要】
1.多尺度特征结构分步式微压印成形装置，其特征在于：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。2.根据权利要求1所述的多尺度特征结构分步式微压印成形装置，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的多尺度特征结构分步式微压印成形装置，其特征在于：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。4.根据权利要求3所述的多尺度特征结构分步式微压印成形装置，其特征在于：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。5.根据权利要求4所述的多尺度特征结构分步式微压印成形装置，其特征在于：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。6.根据权利要求1所述的多尺度特征结构分步式微压印成形装置，其特征在于：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。7.根据权利要求6所述的多尺度特征结构分步式微压印成形装置，其特征在于：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。8.根据权利要求6所述的多尺度特征结构分步式微压印成形装置，其特征在于：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。9.根据权利要求1所述的多尺度特征结构分步式微压印成形装置，其特征在于：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。10.多尺度特征结构分步式微压印成形方法，应用于权利要求1-9中任一项所述的多尺度特征结构分步式微压印成形装置，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：坯料准备选定用来成形微型零件的块体坯料，并加工为10×10×1cm的坯料，采用机械抛光与电解抛光结合的方式处理坯料，保证...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰，郭斌，单德彬，陈俞希，苏倩，赵伊伊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23