[發(fā)明專利]一種模具自拋光的零件微熱壓成型方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210005290.X
• 申請(qǐng)日: 2012-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN102530840A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀永;傅建中;趙朋;姚鑫驊;沈洪垚;陳子辰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密零件的高效、高質(zhì)量加工方法領(lǐng)域，尤其是涉及一種模具自拋光的零件微熱壓成型方法及裝置。

背景技術(shù)

微注射成型(injection?molding)、微固化(casting)、微熱壓成型(hot?embossing)方法是三種可大批量加工聚合物微納結(jié)構(gòu)的方法。微注射成型技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛，微固化技術(shù)對(duì)聚合物材料有特殊要求，同時(shí)成型時(shí)間很長(zhǎng)，目前已少見相關(guān)文獻(xiàn)研究報(bào)道。微熱壓成型方法制備聚合物微納結(jié)構(gòu)是近年來發(fā)展起來的一種高效、低成本加工方法。目前該加工方法已經(jīng)成功地應(yīng)用在加工各種微納構(gòu)件領(lǐng)域，如微流控芯片、微天線、微透鏡、微波導(dǎo)、微反應(yīng)器、微傳感器等微機(jī)電系統(tǒng)的元器件。

目前，對(duì)微熱壓成型方法已經(jīng)有較多的研究報(bào)道，其成型過程中的脫模缺陷問題尤其得到了眾多學(xué)者的重視。如圖1所示，脫模時(shí)，由于封閉式模具與聚合物工件接觸面之間存在著接觸應(yīng)力，接觸應(yīng)力主要是機(jī)械阻力和分子吸附力，當(dāng)封閉式模具與聚合物工件分離時(shí)，在接觸應(yīng)力的作用下，容易導(dǎo)致聚合物工件表面的微納結(jié)構(gòu)破損(如圖2所示)、封閉式模具內(nèi)布滿聚合物雜質(zhì)顆粒導(dǎo)致封閉式模具無法重新使用(如圖3所示)等問題。

專利號(hào)為ZL?200810059875.3的中國(guó)專利公開了一種基于氣動(dòng)的微納米壓印脫模結(jié)構(gòu)，在工作臺(tái)上裝有聚合物夾緊罩，模板裝在夾緊罩的下端，模板上端面裝有活塞，套筒和夾緊罩固連，套筒與活塞的上下移動(dòng)，使模板在夾緊罩中作上下移動(dòng)，模板下端面設(shè)有滑道，內(nèi)裝有彈簧及滑塊，模具夾緊氣道從夾緊罩接入后，通過模板接入滑道內(nèi)，能使滑塊在模板下端面滑道中滑動(dòng)，脫模氣道從夾緊罩接入后，脫模氣道從模板中穿過，密封圈安裝于夾緊罩的下端面。雖然該脫模結(jié)構(gòu)可以有效避免脫模時(shí)由于不均勻受力所導(dǎo)致的模具及聚合物微納結(jié)構(gòu)的破壞，但采用壓縮氣體脫模時(shí)，當(dāng)模具和聚合物工件分離后，由于氣體壓力的高速釋放，容易導(dǎo)致模具或聚合物工件出現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)的表面損傷乃至破壞的現(xiàn)象。

由于微熱壓成型方法所使用模具的特征尺度在微米納米量級(jí)，因此，宏觀尺度模具中所用的機(jī)器人拋光、水射流拋光等都很難進(jìn)入到模具內(nèi)部去除模具內(nèi)部的粘附雜質(zhì)。而微熱壓成型使用的模具都比較昂貴，如果模具無法重復(fù)利用，無疑會(huì)導(dǎo)致微熱壓成型方法的成本非常高，無法工業(yè)化大規(guī)模地推廣和實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種模具自拋光的零件微熱壓成型方法，使用聚合物納米流體進(jìn)行脫模，從而達(dá)到平滑的分離通孔模具與聚合物工件的目的，使得微熱壓成型的聚合物工件具有較好的微納結(jié)構(gòu)并使得成型后的通孔模具內(nèi)部無雜質(zhì)粘附，確保通孔模具可重復(fù)利用，以降低微熱壓成型方法的成本。

一種模具自拋光的零件微熱壓成型方法，包括以下步驟：

(1)壓印；

(2)脫模：壓印后釋放壓力，準(zhǔn)備脫模，采用聚合物納米流體推動(dòng)通孔模具與聚合物工件分離，分離后得到聚合物微納結(jié)構(gòu)成品(即零件)。

在脫模過程中由于聚合物納米流體中納米磨料顆粒的存在能夠?qū)ν啄＞叩耐變?nèi)部所粘附的微納顆粒進(jìn)行摩擦去除，實(shí)現(xiàn)對(duì)通孔模具的拋光，從而大幅提高通孔模具的重復(fù)利用率，并且脫模質(zhì)量好，聚合物微納結(jié)構(gòu)成品具有較好的微納結(jié)構(gòu)。

為了得到更好的發(fā)明效果，以下作為本發(fā)明的優(yōu)選：

所述的聚合物納米流體采用半固態(tài)聚合物作為載體，載體中混合有顆粒大小為1nm～100nm的磨料。一般地，采用具有粘彈性的半固態(tài)聚合物與納米碳化硅、納米碳化硼或納米金剛石顆粒混合，用以增強(qiáng)磨削拋光效果，這些聚合物納米流體軟硬適中，不粘金屬。聚合物納米流體可采用現(xiàn)有的產(chǎn)品，也可自行配制。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的聚合物納米流體，采用以下重量份的原料：

水???????????100份；

聚乙烯醇?????18～30份；

黃原膠???????5～40份；

丙二醇???????3～20份；

磨料?????????5～40份；

所述的磨料的顆粒大小為1nm～100nm。

所述的磨料為碳化硅顆粒、碳化硼顆粒或金剛石顆粒中的一種或者兩種以上，選用納米顆粒，磨料的顆粒大小為10nm～50nm。

所述的聚合物納米流體的制備方法，包括以下步驟：