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(duì)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(duì)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(gè)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(tái)基于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速高精度

2、微沖壓系統(tǒng)，解決了微孔模具設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)方式，設(shè)計(jì)了基于對(duì)稱分布雙直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的微沖壓成形機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中直線電機(jī)的初級(jí)（線圈）作為定子，次級(jí)（永久磁鐵）作為動(dòng)子，采用精密直線滾動(dòng)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(duì)設(shè)備總體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)、靜態(tài)和模態(tài)進(jìn)行有限

3、元仿真，計(jì)算了設(shè)備所需的最大驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，成功組裝了一臺(tái)基于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)高速高精度的微沖壓設(shè)備。
　　基于西門子公司 SIMOTION D運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)研究了直線電機(jī)的高速高精度控制方法，設(shè)計(jì)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(wèn)題，利用WinCC人機(jī)界面系統(tǒng)，基于OPC通訊實(shí)現(xiàn)了微成形過(guò)程的高速數(shù)據(jù)歸檔與在線監(jiān)控。測(cè)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(guó)外同類設(shè)備相比，其性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
　　針對(duì)微沖孔工藝要求，提出了微孔模具設(shè)計(jì)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(duì)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(jí)降到納米級(jí)。為了實(shí)

5、現(xiàn)陣列微孔類零件的批量制造，設(shè)計(jì)了一臺(tái)基于高分辨 CCD顯微視覺(jué)輔助定位的自動(dòng)送料裝置。結(jié)果表明，該裝置能夠消除XY移動(dòng)平臺(tái)光電開(kāi)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(yàn)與理論相結(jié)合的方法，分析了微沖裁過(guò)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(duì)

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(duì)微沖裁過(guò)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(guò)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(duì)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