CN102825165A

CN102825165A - 微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法及其制备装置

Info

Publication number: CN102825165A
Application number: CN2012102916352A
Authority: CN
Inventors: 张新平; 封善飞; 洪祥挺; 邢雪君; 梁雨昕; 朱雅婷
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明公开了一种微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法及其制备装置，其方法为将预处理后的坯料放入阴模，用阳模将坯料压入阴模，制备出微型平面弹簧，经过机械加工、研磨和抛光，达到所需的厚度及表面光洁度；其装置由阳模和阴模构成，阳模和阴模均有齿状结构，且阳模和阴模的齿相配合；本发明精度高、低成本、适合大批量生产、可控性强，且制备出的微弹簧使用寿命长、弹性系数高、抗拉强度高。

Description

微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法及其制备装置

技术领域

本发明属于微型平面弹簧制备领域，特别是一种微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法及其制备装置。

背景技术

微弹簧是微执行器、微传感器中的重要器件，利用微弹簧的弹性作用，可以使设计者实现弹性力和能量的传递，因此微弹簧的弹性作用对于所设计器件能否正常发挥作用非常重要。

目前部分微弹簧采用传统的准LIGA技术，其材料采用紫外光固化的SU-8胶，或者采用硅本体作为微弹簧的材料。但是SU-8胶或者硅本体在所需的弹性力较大时没有金属的力学性能好，金属可以提供良好的应力应变和抗疲劳性能，使微弹簧在较大的拉力下可以产生预想的效果。

采用X射线曝光技术可以获得金属结构的器件，如在形状记忆效应基础上设计的线形微驱动器及用于炮弹或其它爆炸物的一种小型平面、惯性作用的引信安全系统等方面有重要应用。但是使用X射线曝光技术获得金属结构的器件代价昂贵，而且X射线的使用使得制造工艺困难。因此，用方便的方法生产金属结构的微弹簧非常重要。

采用SU-8光刻后电铸的方法可以生产金属结构的微弹簧，此种方法利用了SU-8胶高深宽比的特点，获得和采用SU-8胶做材料时相同的器件结构，并且可以使用任何能够进行电铸的金属进行生产。如，我国采用LIGA（微电铸）研制了MEMS系统用镍基微弹簧，但在拉伸实验及滑块弹簧拉力测试实验中镍基弹簧在多次拉伸之后发生塑性变形不能恢复原状，甚至发生断裂。这些零件的实际力学特性与理想状态差距较大，原因在于微电铸件的机械性能还不能和常规金属零件相比。

另外从材料角度来看，纯镍的弹性、抗拉强度和伸长率等性能指标并不优越，这些都给MEMS机构弹性元件的设计和加工带来了困难。

日本M. Otsu等采用电火花成形制备了板簧，材质为纯铜和不锈钢，厚度为50μm或70μm。这种切割加工的方式需要特定的加工设备，且由于存在热影响区，影响板簧最终的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种本发明的目的在于提供一种精度高、低成本、适合大批量生产、可控性强，且制备出的微弹簧使用寿命长、弹性系数高、抗拉强度高的微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法及其制备装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法，其特征在于：将预处理后的坯料放入阴模，用阳模将坯料压入阴模，制备出微型平面弹簧，经过机械加工、研磨和抛光，达到所需的厚度及表面光洁度。

一种用于微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法的装置，装置由阳模和阴模构成，阳模和阴模均有齿状结构，且阳模和阴模的齿相配合。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）利用微成形技术的特点，可以低成本、规模化生产，产品精度高，可重复性好。

（2）制备出来的微型平面弹簧具有更高的使用寿命、弹性系数和抗拉强度高。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明的装置结构及方法示意图。

图2是本发明装置模具的一种阳模的主视图。

图3是本发明装置模具的一种阳模的俯视图。

图4是本发明装置模具的一种阴模的主视图。

图5是本发明装置模具的一种阴模的俯视图。

图6是本发明装置模具的一种阳模的主视图。

图7是本发明装置模具的一种阴模的主视图。

图8是本发明装置模具的一种阴模的俯视图。

具体实施方式

结合附图1的内容：

本发明一种微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法，将预处理后的坯料2放入阴模3，用阳模1将坯料压入阴模3，制备出微型平面弹簧，经过机械加工、研磨和抛光，达到所需的厚度及表面光洁度。

所述的微型平面弹簧的坯料材料为高强度铜合金，坯料预处理方法为退火或者固溶处理。

所述的高强度铜合金为铍青铜或铝青铜。

所述的退火温度范围为500-750℃，固溶处理温度范围为600-800℃。

一种用于微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法的装置，装置由阳模1和阴模3构成，阳模1和阴模3均有齿状结构，且阳模1和阴模3的齿相配合。

所述的阴模3的中间有四边形凹槽，凹槽内设有齿状结构。

所述的阴模3的中间开有通槽，通槽的中部设有齿状结构。

所述的齿状结构为直角齿状结构。

实施例1

1）选用QAl 7铝青铜。

2）退火处理：500℃保温1小时，随炉冷却，降温到室温。加工成长度20mm，宽1mm，厚0.2mm的坯料。

3）将坯料预热到850℃，保温10分钟。将模具和挤压杆预热到400℃，保温30分钟。

4）将坯料2放入阴模3中，用阳模1将坯料2压入阴模3，获得宽0.9mm，长12.2mm,厚度1mm的微型平面弹簧。阳模、阴模如图2、4所示。

5）根据需要进行研磨、抛光。

实施例2

1）选用QAl9-2铝青铜。

2）退火处理：680℃保温1小时，随炉冷却，降温到室温。加工成长度30mm，宽1mm，厚0.4mm的坯料。

3）将坯料预热到900℃，保温10分钟。将模具和挤压杆预热到500℃，保温30分钟。

4）将坯料2放入阴模3中，用阳模1将坯料2压入阴模3，获得宽0.8mm，长20mm,厚度1mm的微型平面弹簧。阳模、阴模如图2、4所示。

5）根据需要进行研磨、抛光。

实施例3

1）选用QAl9-4铝青铜。

2）退火处理：750℃保温1小时，随炉冷却，降温到室温。加工成长度30mm，宽1mm，厚1mm的坯料。

3）将坯料预热到650℃，保温10分钟。将模具和挤压杆预热到500℃，保温30分钟。

4）将坯料2放入阴模3中，用阳模1将坯料2压入阴模3，获得宽0.8mm，长20mm,厚度1mm的微型平面弹簧。阳模、阴模如图6、7所示。

5）根据需要进行研磨、抛光。

实施例4

1）选用QBe 2铍青铜棒材。

2）固溶处理：750℃保温1h小时，随炉冷却，降温到室温。加工成长度20mm，宽1mm，厚0.2mm的坯料。

3）将坯料预热到850℃，保温10分钟。将模具和挤压杆预热到500℃，保温30分钟。

4）将坯料2放入阴模3中，用阳模1将坯料2压入阴模3，获得宽0.7mm，长20mm,厚度1mm的微型平面弹簧。阳模、阴模如图2、7所示。

5）根据需要进行研磨、抛光。

实施例5

1）选用QBe 1.7铍青铜棒材。

2）固溶处理：600℃保温24min小时，随炉冷却，降温到室温。加工成长度30mm，宽1mm，厚0.2mm的坯料。

3）室温下将坯料2放入阴模3中，用阳模1将坯料2压入阴模3，获得宽0.7mm，长30mm,厚度1mm的微型平面弹簧。阳模、阴模如图4、6所示。

4）根据需要进行研磨、抛光。

实施例6

1）选用QBe 1.9铍青铜棒材。

2）固溶处理：800℃保温1h小时，随炉冷却，降温到室温。加工成长度30mm，宽1mm，厚0.2mm的坯料。

3）将坯料预热到600℃，保温10分钟。将模具和挤压杆预热到300℃，保温60分钟。

5）根据需要进行研磨、抛光。

结合图2-图5的内容：

是本发明的一种模具，其中阳模1的齿状突出是一样高的，阴模3的齿状突出部分被其它部分包围。

结合图6-图8的内容：

是本发明的另一种模具，其中阳模1最外侧的齿状突出比中间突出部分低，而阴模3的齿状突出部分是个通槽。

Claims

1.一种微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法，其特征在于：将预处理后的坯料（2）放入阴模（3），用阳模（1）将坯料压入阴模（3），制备出微型平面弹簧，经过机械加工、研磨和抛光，达到所需的厚度及表面光洁度。

2.根据权利要求1所述的一种微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法，其特征在于：所述的微型平面弹簧的坯料材料为高强度铜合金，坯料预处理方法为退火或者固溶处理。

3.根据权利要求2所述的一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法，其特征在于：所述的高强度铜合金为铍青铜或铝青铜。

4.根据权利要求2所述的一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法，其特征在于：所述的退火温度范围为500-750℃，固溶处理温度范围为600-800℃。

5.一种用于微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法的装置，其特征在于：装置由阳模（1）和阴模（3）构成，阳模（1）和阴模（3）均有齿状结构，且阳模（1）和阴模（3）的齿相配合。

6.根据权利要求5所述的一种用于微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法的装置，其特征在于：所述的阴模（3）的中间有四边形凹槽，凹槽内设有齿状结构。

7.根据权利要求5所述的一种用于微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法的装置，其特征在于：所述的阴模（3）的中间开有通槽，通槽的中部设有齿状结构。

8.根据权利要求5、6或7所述的一种用于微型平面弹簧的印压式塑性成形制备法的装置，其特征在于：所述的齿状结构为直角齿状结构。