CN106734452A - 板材表面微结构耕犁式成形装置及成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种板材表面微结构耕犁式成形装置及成形方法，属于机械工程领域。压印组件与耕犁式组件上方固定连接，压力缸装配在承重板上，压力缸的活塞杆与辊支座联结，辊与辊支座装配连接，承重板下方与支撑柱固定连接，微结构底模与支撑柱下方固定连接；夹紧钳口通过下固定钳口与支撑板连接，支撑板下方与一组导轨滑动连接，该导轨固定连接在底座上，支撑板下方中间部位和导向座固结，导向座和螺杆螺纹连接，螺杆通过支座装在底座上，螺杆的端部与电机连接，所述的压印组件通过微结构底模固定在底座上。优点是采用了压辊和拉板耕犁式促使板材断面产生微结构，提高了成形效率，实现板材表面微结构的耕犁式的低成本成形。
Description
技术领域
本发明属于机械工程领域，尤其是指用于板材表面成形微结构的一种塑性成形的装置及方法。
背景技术
目前，板材表面微结构的成形大部分采用了切削加工、激光加工以及刻蚀等加工方法，然而以上加工方法针对小面积工件的加工效能较高，而对于较大面积的板材件而言，成形效率低下，成本偏高。随着科技的发展，具有仿生结构的大面积板材表面微结构的应用成为可能，为了应对板材表面微结构的市场需求，发明一种技术可靠、价格低廉的成形设备必将有利于微结构的快速应用和发展。
中国发明专利“一种基于微棱镜阵列的微结构成形方法”公开号为105467750A，公开了一种基于微棱镜阵列的微结构成形方法：(1)在基底表面涂覆光刻胶；(2)将基底的光刻胶面放置于微棱镜阵列下方；(3)利用准直后的激光光源作为曝光光源照射微棱镜阵列；(4)在曝光过程中，移动微棱镜阵列或移动涂覆有光刻胶的基片，对抗蚀剂表面光强的连续调制；(5)取出基片进行显影，获得需要的局域干涉光刻微结构。该发明不需要大型设备制备光刻掩膜，大大降低了工艺的复杂程度。
中国专利“一种用于制造微结构薄玻璃元件的锡液辅助模压成形装置”公开号为105366919A，公开了一种用于制造微结构薄玻璃元件的锡液辅助模压成形装置，它主要可解决现有微结构模压成形技术充填率不一致、薄板玻璃易破裂等技术问题。其技术方案的要点是：它包括模具(1)、锡液容器和液压装置，所述锡液容器为通槽、通孔、或通道结构，且一端为敞口，另一端成密封配合安装有液压装置，且在锡液容器底部设置有加热装置(7)；模具(1)为盖形结构，模具(1)成密封配合套装在锡液容器一端的敞口上，且在模具(1)对应锡液容器敞口一侧设置表面为微结构成形腔(2)。它适用于微结构薄玻璃元件的模压成形制造。
中国发明专利“一种聚合物粉末材料的超声微压印成形方法”公开号为104875393A，公开了一种聚合物粉末材料的超声微压印成形方法，包括如下步骤：(1)制作模具辅助结构；(2)在模具腔内注入具有热塑性的聚合物粉末，打开超声压印***开关，将超声波焊机的压印头与热塑性聚合物粉末接触，使聚合物粉末融化粘结呈粘流态，粘流态的聚合物被填充到模具中形成聚合物微器件/微结构；(3)超声振动结束后，进入保压凝固阶段，同时通过模具辅助结构散热冷却，从而使聚合物微器件/微结构冷却成形；(4)升起压印头，进入脱模阶段，得到聚合物微器件/微结构。本发明耗时短，效率高，对设备要求较低，微器件/微结构成形精度高。
中国发明专利“一种微结构成形方法”公开号为104876178A，公开了一种微结构成形方法，本发明涉及一种尺度从几微米到几十微米甚至上百微米的微图形制备方法；通过倾斜蒸镀金属银层可以获得靓丽的显示效果。该技术可广泛应用于微缩文字/图案防伪，三维/动态显示/防伪等领域。
中国发明专利“实现表面等离子体结构成形的方法”公开号为101024484，该发明公开了一种实现表面等离子体结构成形的方法。步骤为：首先利用湿法腐蚀各向同性和侧向钻蚀的特点，减小掩蔽层下方微米级结构的特征线宽，同时形成一定的阴影区；然后在湿法腐蚀后的结构表面热蒸镀金属膜层，并去除掩蔽层得到线宽和周期都减小的微纳结构；在此基础上，采用模压复制以及干法刻蚀工艺将该微结构转移至另一膜层表面；重复进行上述步骤可制作出纳米级的结构。该方法可成形亚微米甚至纳米级结构；该成形方法不需要电子束、离子束以及AFM等昂贵的设备。采用传统的微米级加工设备，通过多次湿法腐蚀、重复压印即可制作各种随机的大面积微纳结构。为实用化纳米结构的制作提供了途径。
发明内容
本发明提供一种板材表面微结构耕犁式成形装置及成形方法，目的在于在板材表面快速成形出微结构、降低设备制造成本、提高微结构特别是微沟槽等结构的成形效率。
本发明采取的技术方案是：压印组件与耕犁式组件上方固定连接，所述的压印组件的结构是：压力缸装配在承重板上，压力缸的活塞杆与辊支座联结，辊与辊支座装配连接，承重板下方与支撑柱固定连接，微结构底模与支撑柱下方固定连接；所述耕犁式组件的结构是：夹紧钳口通过下固定钳口与支撑板连接，支撑板下方与一组导轨滑动连接，该导轨固定连接在底座上，支撑板下方中间部位和导向座固结，导向座和螺杆螺纹连接，螺杆通过支座装在底座上，螺杆的端部与电机连接，所述的压印组件通过微结构底模固定在底座上。
本发明所述的夹紧钳口包括加力螺钉、上活动钳口以及下固定钳口，加力螺钉穿过上活动钳口和下固定钳口螺纹连接。
本发明所述的微结构底模的结构是微结构模板下方与限制器固定连接。
本发明所述的辊采用刚性辊。
本发明所述的刚性辊外部包裹软体材料。
本发明所述的软体材料采用聚氨酯。
一种板材表面微结构耕犁式成形方法，包括下列步骤：
(1)带状微结构的形成
给压力缸加载，促使板材压紧在微结构模板表面上，使微结构模板在板材表面上形成微结构特征；
(2)微结构特征整体形成
首先，拧紧加力螺钉使夹紧钳口夹紧板材，其次，让电机驱动螺杆转动，并带动导向座沿螺杆向前运动，进而带动支撑板和夹紧钳口一起向前运动，促使板材被拉动，从而使微结构在板材表面整体形成；
(3)卸载
当微结构在板材表面形成微结构后，电机停止转动，抬起压力缸，使辊和板材脱离接触，取下成形件。
本发明夹紧钳口的下固定钳口上表面要高于微结构模板上表面，其高度H不小于5mm。
本发明所述的板材包括钢板、铝、镁或铜。
本发明优点是采用了先垂直压制板材在表面产生带状为结构，然后通过钳口拉动板材使板材表面产生整体微结构，借鉴了辊压成形微结构的成形特点，采用了压辊和拉板耕犁式促使板材断面产生微结构，这种成形方式可以促使板材件表面快速成形出微结构，大大提高了成形效率，节约了制造成本，实现板材表面微结构的耕犁式的低成本成形。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明压印组件的结构示意图；
图3是本发明微结构底模的结构示意图；
图4是本发明辊的结构示意图；
图5是本发明耕犁式组件结构示意图；
图6是本发明夹紧钳口的结构示意图；
图7是本发明微结构模板的结构示意图，图中采用钢珠平铺的形式；
图8是本发明板材耕犁式成形过程示意图；
图9是本发明压印式板材表面微结构示意图；
图10是本发明板材纯弯曲微结构示意图。
具体实施方式
压印组件1与耕犁式组件2上方固定连接，所述的压印组件1的结构是：压力缸11装配在承重板12上，压力缸11的活塞杆与辊支座13联结，辊15与辊支座13装配连接，承重板12下方与支撑柱14固定连接，微结构底模16与支撑柱14下方固定连接；所述耕犁式组件的结构是：夹紧钳口21通过下固定钳口213与支撑板23连接，支撑板23下方与一组导轨22滑动连接，该导轨22固定连接在底座24上，支撑板下方中间部位和导向座25固结，导向座25和螺杆26螺纹连接，螺杆26通过支座装在底座24上，螺杆26的端部与电机27连接，所述的压印组件通过微结构底模16固定在底座24上；
本发明所述的夹紧钳口21包括加力螺钉211、上活动钳口212以及下固定钳口213，加力螺钉211穿过上活动钳口212和下固定钳口213螺纹连接；
本发明所述的微结构底模16的结构是微结构模板161下方与限制器162固定连接；
本发明所述的辊15采用刚性辊152；
本发明所述的刚性辊152外部包裹软体材料151；
本发明所述的软体材料151采用聚氨酯；
一种板材表面微结构耕犁式成形方法，包括下列步骤：
(1)带状微结构的形成
给压力缸11加载，促使板材3压紧在微结构模板161表面上，使微结构模板在板材表面上形成微结构特征；
(2)微结构特征整体形成
首先，拧紧加力螺钉211使夹紧钳口21夹紧板材3，其次，让电机27驱动螺杆26转动，并带动导向座25沿螺杆26向前运动，进而带动支撑板22和夹紧钳口21一起向前运动，促使板材3被拉动，从而使微结构在板材3表面整体形成；
(3)卸载
当微结构在板材3表面形成微结构后，电机27停止转动，抬起压力缸11，使辊15和板材3脱离接触，取下成形件。
本发明夹紧钳口21的下固定钳口213上表面要高于微结构模板上表面，其高度H不小于5mm；
本发明所述的板材包括钢板、铝、镁或铜。
参考图1和图5的成形过程中，压力缸11输出压力，驱使辊压制板材3，使板材表面上形成微结构特征，拧紧加力螺钉211使夹紧钳口21夹紧板材3，其次，让电机27驱动螺杆26转动，并带动导向座25沿螺杆26向前运动，进而带动支撑板22和夹紧钳口21一起向前运动，促使板材3被拉动，从而使微结构在板材3表面整体形成；
参考图2和图3所示：压印组件1可以根据需要更换微结构底模16上的微结构模板161。
参考图4所示：辊15结构的不同决定板材3表面不同微结构形式，压印式微结构采用刚性辊152，纯弯曲微结构采用聚氨酯等软体材料151包裹刚性辊152。
参考图5所示：电机27驱动螺杆26转动，并带动导向座25沿螺杆26向前运动，进而带动支撑板22和夹紧钳口21一起向前运动，促使板材3被拉动，从而使微结构在板材3表面整体形成。
参考图6所示：夹紧钳口21通过加力螺钉211与下固定钳口213的螺纹配合旋紧促使上活动钳口212夹紧板材3。
参考图7所示：给出了微结构模板采用钢珠平铺的形式。
参考图8所示：夹紧钳口的位置要高于微结构底模16的最高平面，高度H不小于5mm，主要是减少摩擦力和防止板材的划伤。
参考图9所示，给出了一种压印式板材表面微结构特征的示意图；
参考图10所示，给出了一种纯弯曲微结构板材结构特征示意图。
以上结合具体实施方式对本发明进行了详细描述，板材表面微结构耕犁式成形装置只需要改变微结构底模的结构形式就可以改变微结构的特征，因此对于加工较大面积微结构非常有利，特别对于批量化生产更加有利。
尽管说明书中分别给出了板材单边拉动的示范性例子，但如前所述，本领域的技术人员可以根据实际需要可以选择板材前后双边拉动进行反复成形布置的布置形式，以及微结构模板给出了采用钢珠平铺的形式也可以根据实际需要采用机械加工和刻蚀等方法制备不同形状微结构等等。显然，这些修改均应包含在本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种板材表面微结构耕犁式成形装置，其特征在于：压印组件与耕犁式组件上方固定连接，所述的压印组件的结构是：压力缸装配在承重板上，压力缸的活塞杆与辊支座联结，辊与辊支座装配连接，承重板下方与支撑柱固定连接，微结构底模与支撑柱下方固定连接；所述耕犁式组件的结构是：夹紧钳口通过下固定钳口与支撑板连接，支撑板下方与一组导轨滑动连接，该导轨固定连接在底座上，支撑板下方中间部位和导向座固结，导向座和螺杆螺纹连接，螺杆通过支座装在底座上，螺杆的端部与电机连接，所述的压印组件通过微结构底模固定在底座上。
2.根据权利要求1所述的板材表面微结构耕犁式成形装置，其特征在于，所述的夹紧钳口包括加力螺钉、上活动钳口以及下固定钳口，加力螺钉穿过上活动钳口和下固定钳口螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的板材表面微结构耕犁式成形装置，其特征在于，所述的微结构底模的结构是微结构模板下方与限制器固定连接。
4.根据权利要求1所述的板材表面微结构耕犁式成形装置，其特征在于，所述的辊采用刚性辊。
5.根据权利要求4所述的板材表面微结构耕犁式成形装置，其特征在于：刚性辊外部包裹软体材料。
6.根据权利要求5所述的板材表面微结构耕犁式成形装置，其特征在于软体材料采用聚氨酯。
7.使用权利要求1～6所述的板材表面微结构耕犁式成形装置进行成形的方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)带状微结构的形成
给压力缸加载，促使板材压紧在微结构模板表面上，使微结构模板在板材表面上形成微结构特征；
(2)微结构特征整体形成
首先，拧紧加力螺钉使夹紧钳口夹紧板材，其次，让电机驱动螺杆转动，并带动导向座沿螺杆向前运动，进而带动支撑板和夹紧钳口一起向前运动，促使板材被拉动，从而使微结构在板材表面整体形成；
(3)卸载
当微结构在板材表面形成微结构后，电机停止转动，抬起压力缸，使辊和板材脱离接触，取下成形件。
8.根据权利要求7所述的板材表面微结构耕犁式成形方法，其特征在于，夹紧钳口的下固定钳口上表面要高于微结构模板上表面，其高度H不小于5mm。
9.根据权利要求7所述的板材表面微结构耕犁式成形方法，其特征在于，所述的板材包括钢板、铝、镁或铜。
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