[發(fā)明專利]基于高壓淹沒空化水射流的微零件沖壓及刻蝕的裝置及方法

有效

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• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107716688B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李富柱;譚中銳;王勻;于超;蔣鵬赟;姜鼎;陸素雯;蔣志剛
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: B21D26/00
• 分類號: B21D26/00;B21D26/06;B23D79/00
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本發(fā)明涉及一種基于高壓淹沒空化水射流的微零件沖壓及刻蝕裝置及方法，其特征在于利用高壓淹沒空化水射流中空泡潰滅產(chǎn)生的高壓沖擊波、高速微射流和局部高溫，并結(jié)合相應(yīng)的模具來對微零件進行沖壓或刻蝕加工，沖壓或累積刻蝕形成所需要的形狀。用于產(chǎn)生高壓淹沒空化水射流的裝置，包括蓄水池系統(tǒng)，定量泵?蓄能器?卸荷閥恒壓能源系統(tǒng)，空化水射流發(fā)生系統(tǒng)，高壓淹沒加工系統(tǒng)，循環(huán)回路系統(tǒng)和相關(guān)外圍設(shè)備；本發(fā)明不同于常規(guī)的加工方法，其豐富了微零件沖壓和刻蝕的加工方法，沖壓的程度和精度、刻蝕加工的精度和效率得到較大提高，且整個裝置結(jié)構(gòu)簡單，易操作，易維護，成本較低，對環(huán)境友好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機械制造、材料成形、特種加工領(lǐng)域，特指種基于高壓淹沒空化水射流的微零件沖壓及刻蝕的裝置及方法。

背景技術(shù)

在工業(yè)領(lǐng)域中，各種微零件的使用場合越來越多，特別是在生物學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、航空航天、工業(yè)與國防等領(lǐng)域。由于在尺度效應(yīng)、結(jié)構(gòu)、材料和工作原理等方面的變化，微零件的成形和加工難度越來越大，其中既有材料性能提高帶來的成形和加工難度，也有零件結(jié)構(gòu)微小帶來的復(fù)雜性，例如鋼的強度由250MPa提高到1000MPa，塑性由45％降低到12％，鋁合金的強度由150MPa提高到530MPa，塑性由30％降低到10％。如何找到一種加工精度高、加工效率高、生產(chǎn)成本低、適應(yīng)性較強，特別適合于這些難加工材料微零件的加工方法是目前迫切需要解決的問題。

目前對于這些難加工材料微零件的加工方法主要有傳統(tǒng)機械加工、微細電火花加工、激光加工、電子束加工、微細電腐蝕加工、離子束加工、微塑性成形加工、LIGA和準LIGA工藝等。其中，應(yīng)用較廣的沖壓成形主要采用機械微沖壓技術(shù)、激光微沖擊成型技術(shù)，刻蝕加工主要采用LIGA、準LIGA工藝等。

現(xiàn)有的微塑性成形加工中工件存在變形，且受限于刀具尺寸，很難加工出微零件結(jié)構(gòu)。機械微沖壓技術(shù)同樣存在很多技術(shù)難點：一是沖頭的制造成本高，效率低；二是由于沖頭尺寸小、強度低，輕微的擾動都可能導(dǎo)致沖頭和沖模的損壞；三是沖頭和沖模的定位和運動控制決定了沖床應(yīng)具有很高的精度。激光微沖擊成形技術(shù)存在設(shè)備貴，加工件存在重鑄層，且表面質(zhì)量差等缺點。對于刻蝕加工，LIGA和準LIGA工藝技術(shù)投資大，加工過程復(fù)雜，對環(huán)境污染大。專利CN102248292B(利用激光空化微射流沖壓成型微細零件的裝置及方法雖然解決了激光微沖擊成型激光直接作用于零件表面引起的問題，但是其產(chǎn)生的空化微射流強度有限，加工效率較低，沒有能力完成刻蝕加工，并且設(shè)備貴的問題未得到解決。如何解決這些難題，提出一種新的加工理念及加工方法是一個巨大的挑戰(zhàn)。

為此，本發(fā)明提出了一種全新的微零件成形和刻蝕加工的方法，目前這方面國內(nèi)外沒有涉及，所以該方法有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出種基于高壓淹沒空化水射流的微零件沖壓及刻蝕的裝置及方法。利用強度可調(diào)節(jié)的高壓淹沒空化水射流中空泡潰滅產(chǎn)生的高壓沖擊波、高速微射流和局部高溫，并結(jié)合空化水射流導(dǎo)向裝置、沖壓模具、刻蝕掩模等來對難加工微零件進行沖壓和刻蝕加工。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于高壓淹沒空化水射流的微零件沖壓及刻蝕裝置，其特征在于：包括蓄水池系統(tǒng)、定量泵-蓄能器-卸荷閥恒壓能源系統(tǒng)、空化水射流發(fā)生系統(tǒng)、高壓淹沒加工系統(tǒng)，其特征在于，

所述蓄水池系統(tǒng)由蓄水池、冷水機組和排水閥組成；蓄水池右下方設(shè)計有進水口與冷水機組連通，蓄水池左下方設(shè)有排水閥，且蓄水池上方分別設(shè)置進水管和出水管；

所述定量泵-蓄能器-卸荷閥恒壓能源系統(tǒng)包括第一過濾器、高壓柱塞泵、單向閥、電磁溢流閥和卸荷閥，所述蓄水池出水管上依次設(shè)置第一過濾器、高壓柱塞泵、單向閥，所述高壓柱塞泵與單向閥之間的管路上設(shè)置分支管路連通蓄水池，所述分支管路上設(shè)置有電磁溢流閥和卸荷閥；