[发明专利]一种工件表面微结构的电辅助快速压印成形装置

说明书

本发明涉及一种工件表面微结构的电辅助快速压印成形装置，包括脉冲电源(1)、三轴工作台(3)、高频激振器(9)、信号发生器(5)、控制器(7)和微结构压印模具(12)，待加工工件(11)置于三轴工作台(3)上，高频激振器(9)通过其下部设置的变幅杆(10)连接微结构压印模具(12)，脉冲电源(1)分别连接待加工工件(11)和控制器(7)，控制器(7)通过信号发生器(5)连接三轴工作台(3)，控制器(7)控制信号发生器(5)输出激励信号，并控制脉冲电源(1)输出与激励信号相匹配的电流。与现有技术相比，本发明解决了复杂工件表面大规模微结构的快速高精度加工问题，减小所需成形力，并可显著提升成形质量。

技术领域

本发明涉及表面微结构成形领域，具体涉及一种工件表面微结构的电辅助快速压印成形装置。

背景技术

高频微压印技术是一种典型的模压成形技术，其基本过程是，激振器的振动经过变幅杆放大后传递给下端的微成形模具，并在工件表面通过高频的往复运动完成结构加工，是一种高效的表面微细结构加工工艺。

但在现有的高频压印技术中，有两点因素制约了该技术的应用：其一是高频激振器的振动方向多为固定的单一方向，其余方向及激振器姿态角均不可调节，从而使压印过程只能在平面上进行，不能满足复杂表面的表面微结构的制备需求，；其二是高频压印技术单次成形深度较低，通常需要多次振动渐进成形才能达到要求，这使得在实际加工过程中高频振动常作为一个辅助运动而非主成形运动被施加在工件上。随着被加工材料硬度的增加，所需的振动次数和激振力会不断上升，在对设备提出更高要求的同时，降低了加工效率，不适用于大范围表面微结构的快速成形。

另一方面，电辅助成形技术作为一种新工艺，近年来正得到日益广泛的关注。现有研究表明，将高频脉冲电流通入被加工工件，可以显著降低材料的流动应力、提升材料的延伸率、抑制成形后材料的回弹现象，从而改善材料的成形性、提升成形质量。基于上述特点，电辅助工艺已在诸如辊压，拉深、平压等多种成形工艺中得到应用。

将电辅助技术与高频压印技术相结合，可同时提升材料的成形性、提高微细结构成形速率，扩展成形工艺的适用范围。但该方面研究仍未见报道。

经现有文献检索发现，中国专利公开号为：CN108326137A，名称为：一种通用精密超声振动成形装置，该技术包括：上压力板、支撑杆、支撑板、导套、导柱、下座板、工作板、下模具、变幅杆、超声换能器和工作头。导柱的上端穿过所述导套并且该导柱的下端穿过所述工作台后固定安装在下座板上。该技术的缺点是，其振头只允许Z向振动，限制了其应用的广泛性。

又经文献检索发现，中国专利公开号为：CN105195584A，名称为：超声振动辅助塑性成形装置，该技术包括：机架、伺服电机、精密光栅尺、上模具、上模套、下模具、超声变幅杆、超声换能器及压力传感器。压力传感器同伺服电机和精密光栅尺可形成闭环反馈系统。该技术的缺点是，仅将超声振动作为辅助成形手段引入成形过程中，可成形深度较低。

再经文献检索发现，中国专利公开号为：CN108906891A，名称为：大面积功能微结构阵列电流辅助辊压成形装置，该技术包括：精密微结构阵列辊压机、驱动电机、控制柜和辅助成形电源。控制柜用于控制驱动电机驱动精密微结构阵列辊压机完成对成型件的成形过程、辅助成形电源输出脉冲直流，和辊压机与成形件实现电流对闭环回路。该装置采用大面积滚压成形方式，轧辊不易进行更换且模具制备要求较高。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种生产效率高、适用范围广的工件表面微结构的电辅助快速压印成形装置，可满足不同表面微结构的制备需求。