一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置及方法制造方法及图纸

一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置及方法，它涉及一种微弯曲成形装置及方法。以解决现有微弯曲成形过程中，由于工件夹持困难，定位精度差，回弹量大且难以控制等造成的成形困难问题，它包括模具组件、加载装置、脉冲电源系统和控制系统，模具组件安装在加载装置内，脉冲电源系统与模具组件连接并向模具组件提供脉冲，加载装置和脉冲电源系统均与控制系统连接，通过控制系统对模具组件、加载装置和脉冲电源系统进行自动控制。微弯曲成形方法步骤：步骤一：微小工件的安装；步骤二：凸模与微小工件接触；步骤三：对微小工件的加载；步骤四：完成微小工件的微弯曲成形。本发明专利技术适合于常规微弯曲方法难成形或不能成形材料的微弯曲成形。

Pulse current assisted micro bending device and method for metal sheet

The invention relates to a metal sheet pulse current assisted micro bending forming device and method, which relates to a micro bending forming device and method. In order to solve the difficult forming problems caused by the difficult clamping of workpiece, poor positioning accuracy, large springback and difficult control in the existing micro-bending forming process, it includes die assembly, loading device, pulse power supply system and control system, die assembly is installed in loading device, pulse power supply system is connected with die assembly. The loading device and the pulse power supply system are connected with the control system. The mold components, the loading device and the pulse power supply system are automatically controlled by the control system. Micro bending forming method steps: step 1: installation of micro workpiece; step 2: punch contact with micro workpiece; step 3: loading of micro workpiece; step 4: micro bending forming of micro workpiece. The invention is suitable for the micro bending forming of the conventional micro bending method for difficult forming or non forming materials.

【技术实现步骤摘要】
一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置及方法
本专利技术涉及一种微弯曲成形装置及方法，具体涉及一种脉冲电流辅助微弯曲成形装置及成形方法；属于机械制造及塑性微成形

技术介绍
随着微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystems,MEMS)技术的快速发展和逐步进入实用化，对微型零件的需求日益增加，特别是应用到微电子领域微型薄板接插件、弹簧配件以及微小钳夹件等，其零件尺寸或特征尺寸在亚毫米或微米量级，属于介观尺度范畴，在微弯曲成形过程中产生了明显的力学性能尺度效应和回弹尺度效应，严重影响了微弯曲成形件几何精度。同时，由于尺度效应的存在，传统宏观弯曲成形模具设计方法和工艺规范难以通过相似性原理直接应用到金属薄板微弯曲成形工艺中，金属薄板微弯曲成形回弹与精度控制成为制约该类零件成形关键技术瓶颈。
技术实现思路
本专利技术是为解决现有微弯曲成形过程中，由于工件夹持困难，定位精度差，回弹量大且难以控制等造成的成形困难问题，进而提供一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置及方法。本专利技术的技术方案是：一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置包括模具组件、加载装置、脉冲电源系统和控制系统，模具组件安装在加载装置内，脉冲电源系统与模具组件连接并向模具组件提供脉冲，加载装置和脉冲电源系统均与控制系统连接，通过控制系统对模具组件、加载装置和脉冲电源系统进行自动化控制。进一步地，模具组件包括上模板、上绝缘板、铜电极、凸模、凹模、定位板、下绝缘板、下模板、导套和导柱；上模板的上部中心位置开孔并安装有模柄，模柄的上下两端分别与加载装置的压力机滑块和上模板相连；上绝缘板安装在上模板的下端，凸模通过铜电极安装在上绝缘板的下端；下模板安装在上模板的正下方，下模板与上模板之间通过导套和导柱连接，下绝缘板安装在下模板上，凹模安装在下绝缘板上，微小工件通过定位板安装在凹模上。进一步地，加载装置包括压力机上板、压力机滑块、压力机导轨、压力机平台、压力传感器、位移传感器、压电陶瓷和增压传动装置；压力机上板、压力机滑块和压力机平台由上至下依次通过压力机导轨连接，模具组件安装在加载装置的压力机滑块和压力机平台之间；压力机上板和压力机滑块之间由上至下依次安装有增压传动装置和压电陶瓷，压力传感器安装在压力机滑块的压力采集点上，位移传感器安装在模柄2的位移采集点上。进一步地，微小工件的材质为钛、镁、铝、铜的金属及其合金，或者不锈钢、镍基高温合金和高强度钢；微小工件为厚度t＝0.05-1mm的薄板。进一步地，凸模与凹模采用部分接触的结构，凸模的顶端外形为半径为R的球状，合模后凸模与凹模接触部分的长度为R+(1.5-2)t，合模后凸模与凹模未接触部分之间的距离为(0.8-1)t。进一步地，脉冲电源系统包括脉冲电流发生器、电源导线、电极接触装置和脉冲电流控制器；脉冲电流发生器的输出端通过电源导线分别与模具组件的铜电极和模具组件的凹模上的电极接触装置相连接，脉冲电流发生器的输入端与脉冲电流控制器的输出端连接，脉冲电流控制器将设定的程序化脉冲电流参数信号发送至脉冲电流发生器，脉冲电流发生器根据接收到的脉冲电流控制信号输出相应的脉冲电流，脉冲电流通过凸模和凹模作用于微小工件。进一步地，控制系统包括脉冲数据采集器、A/D转化器、微型计算机、D/A转化器、成形载荷控制器和陶瓷驱动器；脉冲数据采集器的一端与电源导线连接，脉冲数据采集器的另一端与微型计算机相连，脉冲数据采集器将采集到的脉冲参数数据输送至微型计算机进行实时显示；A/D转化器的输入端与压力传感器和位移传感器连接，A/D转化器的输出端连接至微型计算机，压力传感器和位移传感器将采集到信号传输给A/D转化器，A/D转化器将信号转化后输送至所述微型计算机进行实时显示；成形载荷控制器的输出端与陶瓷驱动器相连接，成形载荷控制器的输入端通过D/A转化器连接至微型计算机，陶瓷驱动器的输出端与压电陶瓷相连接。进一步地，微型计算机通过D/A转化器将控制信号输送至成形载荷控制器，成形载荷控制器控制增压传动装置和压力机滑块向下运动，完成凸模进给；成形载荷控制器控制陶瓷驱动器通过压电陶瓷使凸模以微纳米级位移精度向下运动，完成凸模加载。本专利技术还提供了一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形方法，它包括以下步骤：步骤一：微小工件的安装将微小工件用定位板和定位销进行固定、定位；步骤二：凸模与微小工件接触启动加载装置和控制系统，操作微型计算机控制成形载荷控制器，通过增压传动装置作用于压力机滑块使凸模匀速向下运动至与微小工件接触；步骤三：对微小工件的加载然后打开脉冲电源系统，根据所成形微小工件的材质、厚度和形状的不同，选择不同的脉冲电流参数并输入至脉冲电流控制器，脉冲电流控制器控制脉冲电流发生器将对应的脉冲电流通过凹模和凸模作用于微小工件，此时，采用压电陶瓷作为微驱动器使凸模向下运动完成对微小工件的加载；步骤四：完成微小工件的微弯曲成形完成微小工件的微弯曲成形后，切断脉冲电源系统，通过增压传动装置使凸模回程，松开定位销和定位板将弯曲件从凹模上取出，关闭加载装置和控制系统。进一步地，步骤三中的脉冲电流参数为：其中，脉冲宽度10-500μs、频率100-6000Hz、电流密度幅值为30-1000A/mm2。本专利技术与现有技术相比具有以下效果：1、本专利技术利用电流通过凸模和凹模作用于坯料时产生的焦耳热作用对坯料弯曲部分进行快速局部加热，达到成形温度后进行快速的原位微弯曲成形，同时模具组件便于工件夹持和定位，有效避免了传统微塑性成形工艺中整体式加热热量在模具等部件损耗大的问题；2、本专利技术在微弯曲成形过程中施加脉冲电流有助于减小成形缺陷的形成和尺度效应的影响，同时电流在一定程度上也会进一步提高材料的塑性变形能力；3、本专利技术操作简单，应用范围广，易于改装，只要通过调整脉冲电流参数就可成形不同材质材料，也可通过更换凹模和凸模完成不同形状工件的微弯曲成形；4本专利技术提出的光脉冲电流辅助微弯曲成形装置及方法降低了金属薄板室温微弯曲回弹尺度效应，实现了金属薄板微弯曲工艺几何精度控制。同时，解决了微小弯曲试样夹持困难和模具定位精度差的问题。5、本专利技术适合于常规微弯曲方法难成形或不能成形材料的微弯曲成形，成本低廉，能耗低，可批量化生产。成本减少30％以上。附图说明图1是本专利技术脉冲电流辅助微弯曲成形装置结构示意图。图2是本专利技术装置的凹模和凸模合模后的结构示意图图3是本专利技术的电极接触装置的示意图；图4是本专利技术装置的加载装置、脉冲电源系统和控制系统连接示意图。具体实施方式下面结合图1至图4对本专利技术进行详细说明。具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置包括模具组件、加载装置、脉冲电源系统和控制系统，模具组件安装在加载装置内，脉冲电源系统与模具组件连接并向模具组件提供脉冲，加载装置和脉冲电源系统均与控制系统连接，通过控制系统对模具组件、加载装置和脉冲电源系统进行自动化控制。电流辅助成形指在塑性变形的同时对坯料施加连续电流或者脉冲电流的一种加工工艺。当前研究表明：在微成形过程中施加电流可以减小尺度效应的影响，针对微弯曲变形电流可使弯曲回弹减小甚至消失；通过控制电流流动方向，可实现对待成形坯料制定区域的局部加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置，其特征在于：它包括模具组件、加载装置、脉冲电源系统和控制系统，模具组件安装在加载装置内，脉冲电源系统与模具组件连接并向模具组件提供脉冲，加载装置和脉冲电源系统均与控制系统连接，通过控制系统对模具组件、加载装置和脉冲电源系统进行自动控制。

【技术特征摘要】
1.一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置，其特征在于：它包括模具组件、加载装置、脉冲电源系统和控制系统，模具组件安装在加载装置内，脉冲电源系统与模具组件连接并向模具组件提供脉冲，加载装置和脉冲电源系统均与控制系统连接，通过控制系统对模具组件、加载装置和脉冲电源系统进行自动控制。2.根据权利要求1所述一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置，其特征在于：模具组件包括上模板(4)、上绝缘板(6)、铜电极(7)、凸模(9)、凹模(13)、定位板(11)、下绝缘板(14)、下模板(16)、导套(8)和导柱(12)；上模板(4)的上部中心位置开孔并安装有模柄(2)，模柄(2)的上下两端分别与加载装置的压力机滑块(3)和上模板(4)相连；上绝缘板(6)安装在上模板(4)的下端，凸模(9)通过铜电极(7)安装在上绝缘板(6)的下端；下模板(16)安装在上模板(4)的正下方，下模板(16)与上模板(4)之间通过导套(8)和导柱(12)连接，下绝缘板(14)安装在下模板(16)上，凹模(13)安装在下绝缘板(14)上，微小工件(10)通过定位板(11)安装在凹模(13)上。3.根据权利要求2所述一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置，其特征在于：加载装置包括压力机上板(1)、压力机滑块(3)、压力机导轨(5)、压力机平台(15)、压力传感器(21)、位移传感器(22)、压电陶瓷(23)和增压传动装置(24)；压力机上板(1)、压力机滑块(3)和压力机平台(15)由上至下依次通过压力机导轨(5)连接，模具组件安装在加载装置的压力机滑块(3)和压力机平台(15)之间；压力机上板(1)和压力机滑块(3)之间由上至下依次安装有增压传动装置(24)和压电陶瓷(23)，压力传感器(22)安装在压力机滑块(3)的压力采集点上，位移传感器(21)安装在模柄(2)的位移采集点上。4.根据权利要求3所述一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置，其特征在于：微小工件(10)的材质为钛、镁、铝、铜的金属及其合金，或者不锈钢、镍基高温合金和高强度钢，微小工件(10)的厚度(t)＝0.05-1mm的薄板。5.根据权利要求4所述一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置，其特征在于：凸模(9)与凹模(13)采用部分接触的结构，凸模(9)的顶端外形为半径为R的球状，合模后凸模(9)与凹模(13)接触部分的长度为R+(1.5-2)t，合模后凸模(9)与凹模(13)未接触部分之间的距离为(0.8-1)t。6.根据权利要求5所述一种金属薄板脉冲电流辅助微弯曲成形装置，其特征在于：脉冲电源系统包括脉冲电流发生器(17)、电源导线(19)、电极接触装置(20)和脉冲电流控制器(26)；脉冲电流发生器(17)的输出端通过电源导线(19)分别与铜电极(7)和凹模(13)上的电极接触装置(20)相连接，脉冲电流发生器(17)的输入端与脉冲电流控制器(26)的输出端连接，脉冲电流控制器(26)将设定的程序化脉冲电流参数信号发送至脉冲电流发生器(17)，脉冲电流发生器(17)根据接收到的脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭斌，徐杰，单德彬，包建兴，
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