[发明专利]一种曲表面金属微V形阵列结构精密冲压的方法

说明书

本发明公开了一种曲表面金属微V形阵列结构冲压成型的方法，包括步骤：先根据冲压的工艺材料参数、所需要的曲表面曲率以及微V形阵列结构的尺寸参数，计算预测出微V形阵列结构在冲压过程中的变形量；再根据其变形量，在平面金属板料上，设计出并磨削加工出相应的变形前的微V形阵列结构；最后通过冲压快速成型。本发明相比传统的在曲面上切削磨削加工微结构而言，采用一种逆向加工思维，将曲面微结构加工化简为在平面上加工微结构，免去复杂的曲面机加工工艺，使其加工效率高，加工难度低，精度可以保障，适合大批量生产。

技术领域

本发明涉及在曲表面金属批量加工微结构的精密加工领域，具体涉及一种通过精密磨削与冲压快速加工曲表面金属微V形阵列结构的方法。

背景技术

当今社会，我们在许多器件、机械或系统中，常常要使用微结构功能表面，这些微尺度器件、机械或系统在信息、能源、环境、生物、医学、国防等领域有着重要的市场应用前景。曲表面金属零件上如果具有阵列微沟槽结构，则其摩擦与导热等性能会得到增强。然而目前，在曲表面金属加工微结构，普通采用的方法仍是在曲面上直接磨削或者切削加工微结构，精度虽然可以保证，但其生产加工周期长、工艺复杂，直接影响了产品的生产成本和效率，难以适合大批量生产。特别是在复杂曲表面上加工，对机床和操作者都有很高的技术要求。因此，本发明提出预测微结构冲压变形量的方法，在平面金属板料上精密磨削加工所预测的变形前的微结构，在一定工艺参数下，通过冲压，使微结构随着板料一起产生变形，快速地成型为表面质量好、形位精度高的曲表面微结构。

发明内容

本发明的目的在于克服曲表面金属微结构加工难度大、效率低、技术要求高的缺点，采用逆向设计的思维，提出一种通过经验公式，计算预测出微结构冲压的变形量，并在平面金属板料上磨削加工微结构，再通过冲压一次快速成型的方法，该发明能够高效地在曲表面金属上加工出质量好、精度高的微V形阵列结构，从而极大地降低了曲表面金属微结构的加工成本，并提高了生产效率，极大的节约了时间成本。

本发明采用如下技术方案，包括步骤：

一种曲表面金属微V形阵列结构冲压成型的方法，包括步骤：

首先根据所需要的曲表面微V形阵列结构的尺寸、曲表面微V形阵列结构所在区域曲面的平均曲率、以及制定的冲压工艺参数、材料性能参数通过经验公式，预测计算出冲压过程中微V形阵列结构的变形量；

再根据所述变形量，计算出冲压变形前的平面金属板料上与曲表面微V形阵列结构相对应位置的平面微V形阵列结构的尺寸；

然后通过精密磨削的方式，在平面金属板料表面上加工出变形前的平面微V形阵列结构；

最后将磨削好的布有平面微V形阵列结构的平面金属板料进行冲压，快速成型得到具有曲表面微V形阵列结构的曲面金属板料。

进一步地，预测计算出冲压过程中微V形阵列结构的变形量时，所用的经验公式包括：

h₀＝h+δh

α₀＝α-δα

δh＝6.2×10^-7×(100+ρ)^2.05×h^1.04×α^1.28×c_f×k_f

δα＝(1.32×10^-5×ρ^1.79+π/120)×c_f×k_f