一种金属超声微挤压成形模具及其微挤压成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微挤压成形，特别是涉及一种金属超声微挤压成形模具及其微挤压成形方法。
【背景技术】
[0002]现有将塑性加工工艺用于微型金属元件制造的金属微挤压成形方法很多，均存在不同程度的缺陷，例如刚性冲头加凹模方法的试件表面摩擦严重，尺寸精度低，微型模具易磨损；电阻辅助加热方法只是升高了材料变形温度，提高材料在高温下的成形能力，但零件的尺寸精度和表面质量欠佳；而利用非晶合金微挤压成形方法，只是在过冷液相区具有超塑性，室温下塑性变形十分有限，利用半固态合金微挤压成形方法，受到不便保存和输送半固态合金的严重制约；至于电磁脉冲方法和激光冲击方法的工艺参数难以稳定，导致材料成形力不稳定。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种金属超声微挤压成形模具。
[0004]本发明所要解决的另一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种金属超声微挤压成形方法。
[0005]本发明基于超声波振动的热效应，将压力和高频振动通过由高分子材料粉末瞬间塑化熔融成半结晶粘流态的介质传递到被加工的金属材料且将其挤入模腔形成金属微制件。
[0006]本发明的金属超声微挤压成形模具技术问题通过以下技术方案予以解决。
[0007]这种金属超声微挤压成形模具，包括凸模和与所述凸模配套采用的凹模。
[0008]这种金属超声微挤压成形模具的特点是:
[0009]所述凸模的前端是阶梯型结构的超声冲头。
[0010]所述凸模的尾端设有由超声波发生器触动的换能器，以及下端与换能器采用螺纹连接、上端与凸模采用螺纹连接的变幅杆。
[0011]所述凹模由螺纹连接的下板和上压板组成。
[0012]所述下板的中部设有下板固定腔。
[0013]所述下板固定腔中依次从下至上嵌入凹模工作带薄板与凹模导向孔薄板，在凹模导向孔薄板的中部形成可供金属坯件置入的凹模导向孔，对应在凹模工作带薄板的中部形成与凹模导向孔同轴设置且可供金属坯件压入成形的凹模工作带孔。
[0014]所述下板固定腔的长度、宽度和高度分别为10mm、1mm和2mm。
[0015]所述凹模导向孔薄板和凹模工作带薄板的厚度均为不大于1.0mm。
[0016]所述凹模工作带孔的孔径小于凹模导向孔的孔径。
[0017]所述凹模工作带孔的孔径不大于Φ0.5mm。
[0018]所述上压板的中部设有与凹模导向孔同轴的上导向穿孔和孔径小于上导向穿孔的下导向穿孔，所述下导向穿孔用于放入EVA塑料粉末，所述凸模前端的超声冲头下压时，所述下导向穿孔侧壁与超声冲头的外周的间隙为0.5mm?1.0mm。
[0019]所述凹模中的凹模导向孔薄板和凹模工作带薄板的制作，是将先用电火花切割机切出圆形凹模工作带孔的凹模工作带薄板嵌入下板固定腔中，再在凹模工作带薄板的上面将用电火花切割机切出圆形的凹模导向孔的凹模导向孔薄板嵌入下板固定腔中层叠固定。
[0020]本发明的金属超声微挤压成形方法技术问题通过以下技术方案予以解决。
[0021]这种金属超声微挤压成形方法，采用上述金属超声微挤压成形模具。
[0022]这种金属超声微挤压成形方法的特点是:
[0023]依次有以下步骤:
[0024]I)将金属坯件装入凹模的型腔中；
[0025]2)将乙稀-醋酸稀共聚物(Ethylene Vinyl Acetate,缩略词为EVA)塑料粉末装入凹模的型腔中；
[0026]3)合模挤压；
[0027]4)分离开模；
[0028]5)取出成形的微制件。
[0029]本发明的金属超声微挤压成形方法技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
[0030]所述步骤I)的将金属坯件装入凹模的型腔中，是将金属坯件装入凹模的下板固定腔中的凹模导向孔薄板中部的凹模导向孔中，装入后金属坯件外周与凹模导向孔侧壁的间隙为 0.02mm ?0.05mm。
[0031]所述步骤2)的将EVA塑料粉末装入凹模型腔中，是将EVA塑料粉末装入凹模的上压板的中部的下导向穿孔中。
[0032]所述步骤3)的合模挤压，是在凸模的超声冲头开始接触EVA塑料粉末时，开启超声波发生器，EVA粉末瞬时塑化成EVA粘流态介质，超声冲头的压力和振动通过EVA粘流态介质传递到金属坯件。
[0033]所述步骤3)的合模挤压的合模压力至少为0.5MPa。
[0034]所述步骤3)开启的超声波发生器的运行参数为:纵向振动，频率为20kHz、振幅为18 μ m ?27 μ m。
[0035]所述步骤4)的分离开模，是在凸模的超声冲头开始脱离EVA粘流态介质回升时，关闭超声波发生器，EVA粘流态介质凝固。
[0036]所述步骤5)的取出成形的微制件，是将成形的微制件从凹膜工作带孔中取出后剥离其表面凝固的EVA介质。
[0037]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0038]本发明的微挤压超声头和凹模间隙均匀，材料变形均匀，成形件晶粒细化，可以减小模具与微变形的工件间的摩擦和应力，既降低对微型模具的磨损，又提高成形极限，以及微制件的表面质量和尺寸精度。
【附图说明】
[0039]图1是本发明【具体实施方式】的凸模的结构示意图；
[0040]图2是与图1的凸模配套采用的凹模的结构示意图；
[0041]图3是本发明【具体实施方式】的紫铜零件试样的原始金相组织图；
[0042]图4是本发明【具体实施方式】一挤压后零件的外型图；
[0043]图5是图4挤压后零件的金相组织图；
[0044]图6是本发明【具体实施方式】二挤压后零件的外型图；
[0045]图7是图6挤压后零件的金相组织图；
[0046]图8是本发明【具体实施方式】三挤压后零件的外型图；
[0047]图9是图8挤压后零件的金相组织图；
[0048]图10是本发明【具体实施方式】四挤压后零件的外型图；
[0049]图11是图10挤压后零件的金相组织图。
【具体实施方式】
[0050]下面结合【具体实施方式】并对照附图对本发明进行说明。
[0051]【具体实施方式】一
[0052]一种如图1?3、4、5所示的金属超声微挤压成形模具用于微挤压成形高径比为
2.02、直径为Φ0.5mm的紫铜微制件。
[0053]本发明【具体实施方式】一的成形模具包括凸模3和与凸模3配套采用的凹模4。
[0054]凸模3的前端是阶梯型结构的超声冲头31。
[0055]凸模3的尾端设有由超声波发生器触动的换能器1，以及下端与换能器I采用螺纹连接、上端与凸模3采用螺纹连接的变幅杆2。
[0056]凹模4由螺纹连接的下板42和上压板41组成。
[0057]下板42的中部设有下板固定腔421，下板固定腔421的长度、宽度和高度分别为10mm.10mm 和 2mm。
[0058]下板固定腔421中依次从下至上嵌入凹模工作带薄板423与凹模导向孔薄板422，在凹模导向孔薄板422的中部形成可供金属坯件置入的凹模导向孔424，对应在凹模工作带薄板423的中部形成与凹模导向孔424同轴设置且可供金属坯件压入成形的凹模工作带孔 425。
[0059]凹模导向孔薄板422和凹模工作带薄板423的厚度均为不大于1.0mm。
[0060]凹模工作带孔425的孔径小于凹模导向孔424的孔径，凹模工作带孔425的孔径为Φ0.5mm，凹模导向孔424的孔径为Φ 2.02mm。
[0061]上压板41的中部设有与凹模导向孔424同轴的上导向穿孔411和孔径小于上导向穿孔411的下导向穿孔412，上导向穿孔的孔径为Φ15.0mm、下导向穿孔的孔径为Φ6.0mm。下导向穿孔412用于放入EVA塑料粉末，凸模3前端的超声冲头31下压时，下导向穿孔412侧壁与超声冲头31的外周的间隙为0.5mm?1.0mm0
[0062]凹模4中的凹模导向孔薄板422和凹模工作带薄板423的制作，是将先用电火花切割机切出圆形凹模工作带孔的凹模工作带薄板423嵌入下板固定腔421中，再在凹模工作带薄板423的上面将用电火花切割机切出圆形的凹模导向孔424的凹模导向孔薄板422嵌入下板固定腔421中层叠固定。
[0063]本发明【