[發明專利]微型平面彈簧的孔擠出式制備法及其制備裝置

無效

• 申請號: 201210291713.9
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN102825085A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 張新平;封善飛;洪祥挺;邢雪君;梁雨昕;朱雅婷
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B21C23/02
• 分類號: B21C23/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于微型平面彈簧制備領域，特別是一種微型平面彈簧的孔擠出式制備法及其制備裝置。

背景技術

微彈簧是微執行器、微傳感器中的重要器件，利用微彈簧的彈性作用，可以使設計者實現彈性力和能量的傳遞，因此微彈簧的彈性作用對于所設計器件能否正常發揮作用非常重要。

目前部分微彈簧采用傳統的準LIGA技術，其材料采用紫外光固化的SU-8膠，或者采用硅本體作為微彈簧的材料。但是SU-8膠或者硅本體在所需的彈性力較大時沒有金屬的力學性能好，金屬可以提供良好的應力應變和抗疲勞性能，使微彈簧在較大的拉力下可以產生預想的效果。

采用X射線曝光技術可以獲得金屬結構的器件，如在形狀記憶效應基礎上設計的線形微驅動器及用于炮彈或其它爆炸物的一種小型平面、慣性作用的引信安全系統等方面有重要應用。但是使用X射線曝光技術獲得金屬結構的器件代價昂貴，而且X射線的使用使得制造工藝困難。因此，用方便的方法生產金屬結構的微彈簧非常重要。

采用SU-8光刻后電鑄的方法可以生產金屬結構的微彈簧，此種方法利用了SU-8膠高深寬比的特點，獲得和采用SU-8膠做材料時相同的器件結構，并且可以使用任何能夠進行電鑄的金屬進行生產。如，我國采用LIGA（微電鑄）研制了MEMS系統用鎳基微彈簧，但在拉伸實驗及滑塊彈簧拉力測試實驗中鎳基彈簧在多次拉伸之后發生塑性變形不能恢復原狀，甚至發生斷裂。這些零件的實際力學特性與理想狀態差距較大，原因在于微電鑄件的機械性能還不能和常規金屬零件相比。

另外從材料角度來看，純鎳的彈性、抗拉強度和伸長率等性能指標并不優越，這些都給MEMS機構彈性元件的設計和加工帶來了困難。

日本M.?Otsu等采用電火花成形制備了板簧，材質為純銅和不銹鋼，厚度為50μm或70μm。這種切割加工的方式需要特定的加工設備，且由于存在熱影響區，影響板簧最終的使用性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種精度高、低成本、適合大批量生產、可控性強，且制備出的微彈簧使用壽命長、彈性系數高、抗拉強度高的微型平面彈簧的孔擠出式制備法及其制備裝置。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種微型平面彈簧的孔擠出式制備法，將預處理后的坯料放入模具，通過擠壓桿的運動，將坯料從流出孔擠出，形成平面彈簧，經過機械加工、研磨、拋光獲得所需厚度的微型平面彈簧。

一種用于微型平面彈簧的孔擠出式制備法的裝置，裝置由模具和擠壓桿構成，其模具頂端開有孔，擠壓桿與模具頂端的孔相配合，模具所開孔的底部開有流出孔。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：

（1）可以低成本、規模化生產，產品精度高，可重復性好；

（2）制備出來的微型平面彈簧具有更高的使用壽命、彈性系數和抗拉強度高。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1是本發明裝置的結構示意圖。

圖2是本發明裝置模具的俯視圖。

具體實施方式

本發明一種微型平面彈簧的孔擠出式制備法，將預處理后的坯料2放入模具3，通過擠壓桿1的運動，將坯料2從流出孔4擠出，形成平面彈簧，經過機械加工、研磨、拋光獲得所需厚度的微型平面彈簧；微型平面彈簧的坯料2材料為高強度銅合金，坯料2預處理方法為退火或者固溶處理；流出孔4根據所制備的平面彈簧的形狀確定；高強度銅合金為鈹青銅或鋁青銅；退火溫度范圍為500-750℃，固溶處理溫度范圍為600-800℃；擠壓前坯料2預熱溫度范圍為室溫到900℃，模具3和擠壓桿1預熱溫度范圍為室溫到500℃。

裝置由模具3和擠壓桿1構成，其模具3頂端開有孔，擠壓桿1與模具頂端的孔相配合，模具所開孔的底部開有流出孔4；模具3和擠壓桿1之間根據需要可以增加擠壓墊以保護擠壓桿。

擠壓前坯料2、模具3和擠壓桿1可以預熱；擠壓前坯料2預熱溫度范圍為室溫到900℃。模具3和擠壓桿1預熱溫度范圍為室溫到500℃。

實施例1

1）選用QAl?7鋁青銅。

2）退火處理：500℃保溫1小時，隨爐冷卻，降溫到室溫。加工成直徑20mm，長4mm的圓棒坯料。

3）將坯料預熱到850℃，保溫10分鐘。將模具和擠壓桿預熱到400℃，保溫30分鐘。

4）把坯料放入模具中，通過擠壓機推動擠壓桿運動，使得坯料順著流出孔擠出，獲得寬0.9mm，長12.2mm,厚度方向不限的微型平面彈簧。

5）根據需要截取合適的厚度，并進行研磨、拋光。

實施例2