高速高精度微沖壓系統(tǒng)與金屬箔微沖裁機(jī)理研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)的迅速發(fā)展，產(chǎn)品的微型化對微型零件的需求量急劇增加，特別是廣泛應(yīng)用于微電子、紡織印染、生物醫(yī)療以及航空航天等領(lǐng)域的陣列微孔類零件，對微孔加工技術(shù)在斷面質(zhì)量、加工成本以及批量制造方面提出了更高的要求。微沖孔技術(shù)是利用塑性加工原理成形微孔零件的工藝方法，加工的微孔尺寸精度高，斷面質(zhì)量好，特別適合陣列微孔低成本批量制造，成為微孔加工技術(shù)一個嶄新的研究領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文研制了一臺基于直線電機(jī)驅(qū)動的高速高精度

2、微沖壓系統(tǒng)，解決了微孔模具設(shè)計與制造若干關(guān)鍵技術(shù)，研究了微沖裁尺寸效應(yīng)機(jī)理，確定了最佳微沖孔工藝參數(shù)，實現(xiàn)了陣列微孔類零件低成本批量制造。
　　采用直線電機(jī)作為高速高精度微驅(qū)動方式，設(shè)計了基于對稱分布雙直線電機(jī)驅(qū)動的微沖壓成形機(jī)構(gòu)。驅(qū)動機(jī)構(gòu)中直線電機(jī)的初級（線圈）作為定子，次級（永久磁鐵）作為動子，采用精密直線滾動導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向和花崗巖石材作為設(shè)備滑塊。采用ADAMS和ANSYS商業(yè)軟件分別對設(shè)備總體結(jié)構(gòu)的動力學(xué)、靜態(tài)和模態(tài)進(jìn)行有限

3、元仿真，計算了設(shè)備所需的最大驅(qū)動力，實現(xiàn)了總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，成功組裝了一臺基于直線電機(jī)驅(qū)動高速高精度的微沖壓設(shè)備。
　　基于西門子公司 SIMOTION D運(yùn)動控制平臺研究了直線電機(jī)的高速高精度控制方法，設(shè)計了微沖壓設(shè)備的伺服控制系統(tǒng)，采用單電機(jī)模塊和并聯(lián)控制方式解決了雙直線電機(jī)的同步控制問題，利用WinCC人機(jī)界面系統(tǒng)，基于OPC通訊實現(xiàn)了微成形過程的高速數(shù)據(jù)歸檔與在線監(jiān)控。測試結(jié)果表明，微沖壓系統(tǒng)最大輸出力可以達(dá)到8800N，

4、最大加速度為5g，最大速度可達(dá)1m/s，最低速度為5μm/s，分辨率為0.12μm，重復(fù)定位精度為0.25μm，能夠滿足微型零件高精度批量制造工藝要求。與國外同類設(shè)備相比，其性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。
　　針對微沖孔工藝要求，提出了微孔模具設(shè)計原則與方法，采用微細(xì)研磨和微細(xì)電火花加工出尺寸精度高的微型模具。為了提高微型模具的表面質(zhì)量，利用等離子濺射技術(shù)對微型模具進(jìn)行表面拋光處理，使微型模具表面粗糙度由亞微米級降到納米級。為了實

5、現(xiàn)陣列微孔類零件的批量制造，設(shè)計了一臺基于高分辨 CCD顯微視覺輔助定位的自動送料裝置。結(jié)果表明，該裝置能夠消除XY移動平臺光電開關(guān)的零點(diǎn)誤差，達(dá)到了陣列微孔類零件的送料精度要求。
　　采用試驗與理論相結(jié)合的方法，分析了微沖裁過程變形特點(diǎn)，并利用相似性原理研究了微沖裁微型化尺寸效應(yīng)。結(jié)果表明，微沖裁的最大抗剪強(qiáng)度隨比例因子的減小而增大，斷裂機(jī)制產(chǎn)生了明顯改變，逐步由剪切韌窩轉(zhuǎn)變?yōu)榛品蛛x。為了進(jìn)一步揭示微沖裁機(jī)理，研究了沖裁條件對

6、微沖裁尺寸效應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明，最大抗剪強(qiáng)度在所考察的沖裁間隙范圍內(nèi)存在極小值，并隨沖裁速度和箔材厚度的增加而降低；晶粒尺寸對微沖裁過程影響顯著，細(xì)晶箔材的微沖裁曲線具有的重復(fù)性，而粗晶箔材的分散性增強(qiáng)。為了揭示微沖裁尺寸效應(yīng)機(jī)理，建立了微沖裁多晶體模型。分析表明，微沖裁過程最大抗剪強(qiáng)度由沖裁間隙與晶粒尺寸之比c/d決定。
　　在微沖裁機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，分析了沖裁條件對微孔斷面質(zhì)量的影響規(guī)律，確定了微沖孔最佳工藝參數(shù)，成功沖出