专利名称：一种全液压驱动辊型微细压印装置的制作方法
技术领域：
本发明属于微细制造技术领域，涉及一种薄板材料表面微细结构特征的制造装置，具体是在薄板材料表面加工出功能性微细结构特征的微细成形装置。
背景技术：
关于微-介观尺度(Micro/Meso scale)普遍认可的定义是指介于宏观尺度和
微观尺度之间，零件几何特征尺寸范围为O. 01 1mm，尺寸精度在I个微米到O. 01微米之间。微细制造通常就是指要加工的零件或结构至少在两维尺度上在亚毫米范围内的制造。目前，大面积具有功能性表面微细特征结构的薄板件正在越来越多地得到应用， 比如新能源装置，光学器件，节能性功能表面结构件，微电子器件，微流控器件(微化学反应器)，生物医疗，汽车，通信等领域。例如，板式微通道反应器表面是由几百微米宽，几百微米深的流道或者几十至几百个微米特征尺寸的阵列凸台组成；此外，微通道热交换器、燃料电池金属极板、微流控器件等零件的表面都具有微凹槽、微肋条、微凸台或凹坑阵列等功能性微细结构。通常这种表面微细功能特征结构尺寸都在几十个微米到几百个微米。对于这些表面微细功能特征结构，可以采用微细切削加工、微细磨削加工、聚焦粒子束铣削、激光烧蚀、微电火花加工(EDM)、微刻蚀等工艺技术来加工。其中微细切削和磨削工艺的加工效率低下、浪费材料严重，而聚焦粒子束、微刻蚀等工艺复杂、设备昂贵，此外， 激光烧蚀和微EDM等工艺零件表面特征质量难以保证。采用这些工艺加工零件表面微细功能特征结构阵列成本较高，难以实现高质高效大批生产。近年来，微细压印技术因其具有大批量、高效、高精度、高密集、短周期、低成本、无污染、净成形等优点，迅速成为研究热点。目前，表面微细特征结构的制造主要依赖于传统平型压印装置来实现，这种压印工艺过程需要很大的压印力，且所成形的结构特征一致性易受板厚均匀度和环境浮尘的影响。一般的平型压印装置大多是通过机械传动(比如丝杠传动)来提供压印力，承载能力小，且容易磨损，导致成形精度降低；另外平型压印中模腔排气困难，材料难以完全填充模具。因而，该种工艺仅局限于小面积压印，难以实现大面积高效高质压印，不适合大批量自动化生产。经专利检索，中国专利公开号为CN101863122A，名称为超声辅助微纳压印成型装置，该发明提出了一种利用超声波振动来改善被压印材料流动特性的压印装置，虽然能够有效改善被压印材料的流动特性，提高充形能力，但是该装置是采用平型压印技术，且压印力主要是通过滚珠丝杠副机械传动来施加的，由于增加了超声波振动发生装置，致使结构复杂。又如中国专利公开号为CN1775546A，名称为纳米压印机，该发明提出了一种能够实现被压印样品线位移和角位移粗定位和精定位的压印装置，能够有效提高产品的质量， 但是其采用的也是平型压印模式，且压印力的施加也是依靠滚珠丝杠传动，被压印材料的定位均是靠机械传动实现的，多层工作台也增加了结构的复杂性，降低结构刚性。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种机械结构简单，设计合理，稳定性好，具有很好的生产柔性，能够实现大面积高效高质大批生产的全液压驱动辊型微细压印装置。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种全液压驱动辊型微细压印装置，其特征在于，包括上定位板、下定位板、支座、运动平台、运动平台液压缸、运动平台液压缸活塞杆、轴座、轴座液压缸、轴座液压缸活塞杆、压辊、压板；所述的下定位板上设有支座， 支座上设置运动平台液压缸活塞杆，运动平台液压缸活塞杆上设置运动平台液压缸，运动平台液压缸上设有运动平台，运动平台上设有压板；所述的上定位板和下定位板之间设置轴座液压缸活塞杆，轴座液压缸活塞杆上设置轴座液压缸，轴座液压缸上设有轴座，该轴座上设有压辊，待加工材料设置在压辊和压板之间，运动平台液压缸和轴座液压缸控制运动平台和压辊运动对待加工材料进行压印。所述的支座设有两个，分别设置在下定位板两端，所述的运动平台液压缸活塞杆水平固定于两个支座上，所述的运动平台连接运动平台液压缸上，通过液压驱动，运动平台水平往复运动。所述的运动平台液压缸活塞杆和支座可以是焊接或螺纹连接，所述的支座和下定位板的连接也可以是焊接或螺纹连接。所述的轴座液压缸设有两个，各轴座液压缸活塞杆垂直固定于上定位板和下定位板上，各轴座液压缸上设有一个轴座，轴座上设有轴座孔，所述的压辊安装在两个轴座孔内，压辊轴线水平配置，并可自由转动，两个轴座液压缸同步运动，驱动轴座带动压辊做垂向往复运动。所述的轴座轴孔为圆孔形配滚动轴承或纯圆形孔、正多边形孔，所述的轴座液压缸活塞杆和上下定位板可以是焊接或螺纹连接。所述的运动平台液压缸和轴座液压缸均为四杆双作用活塞式液压缸。所述的压辊为光辊或模辊，所述的压板为模板或光板，通过压辊与压板的不同组合可以进行单面压印、双面压印、拼图压印、变薄辊压或零件表面精加工。所述的运动平台液压缸和轴座液压缸分别通过液压控制回路连接液压源，液压源主要包括油箱、电动机、油泵、安全阀、过滤器、冷却器和压力表，所述的油箱通过滤油器连接油泵，所述的油泵连接电动机，所述的油泵通过输油管和液压控制元件分别连接运动平台液压缸和轴座液压缸，所述的输油管上设有安全阀和压力表，所述的运动平台液压缸和轴座液压缸的出油口通过过滤器、冷却器后连接油箱。所述的控制回路主要包括由液压控制阀和传感器所组成的压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路、同步回路和锁紧回路；通过上述控制回路可以实现运动平台和轴座的调速、速度换接、启停、换向、位移和压力控制。所述的模辊可在圆柱辊子或辊筒表面加工出微细结构特征，或者将加工好的柔性金属模具裹在光辊柱或光辊筒表面；辊印时，采用压入或咬入两种方式加载，所述的压入加载为将待加工材料装夹在压板上并位于压辊正下方，通过压辊和平型模具间垂向相对运动，将待加工材料压在平型模具上进行辊型压印；所述咬入加载为先调整好辊压间隙，然后将待加工材料装夹在压板上，通过压辊和压板间水平相对运动，将待加工材料咬入辊压间隙进行辊型压印。与现有技术相比，本发明采用辊子对平板(Roll to Plate简称R2P)机构，以液压作为动力驱动，其利用辊压工艺的连续性特点，将传统辊压工艺和平型压印工艺结合起来， 也即将平型压印的上压板机构改进为压辊机构，通过连续辊压方式，实现表面微细结构特征从模具到塑性材料的转印复制。其显著优势是工艺的连续性，具有良好的平整性，更小的压印力，且简单的设备，可以极大地提高了产量，降低成本。此外，该装置采用全液压驱动， 机械结构简单，充分利用现代液压伺服、比例和数字控制技术，液压传动具有承载能力强， 传动平稳，无级变速，自润滑等优点，控制精度高，可实时对速度、位移和压力等进行测控， 易于实现自动化生产。本发明辊压印过程一次往返行程即可实现两次辊压，大大提高了生产效率。本发明装置，机械结构简单，设计合理，稳定性好，具有很好的生产柔性，能够实现大面积高效高质大批生产，不仅可以实现单面压印、双面压印、拼图压印，而且还可以实现板材的变薄辊压和零件表面精加工。
图I是概略表示依据本发明实施例I所述的R2P全液压驱动辊型微细压印装置整体结构示意图；图2是光辊对模板单面压印示意图；图3是模辊对光板单面压印示意图；图4是模辊对模板双面压印示意图；附图中I、上定位板，2、轴座液压缸活塞杆，3、轴座液压缸，4、轴座孔，5、薄板材料，6、模板,7、下定位板,8、支座,9、运动平台液压缸活塞杆，10、运动平台液压缸,11、运动平台，12、光棍,13、主运动方向，14、模棍,15、光板。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。如图I所示，本发明装置(此处以光辊对模板单面辊压为例)主要由上定位板1， 轴座液压缸活塞杆2，轴座液压缸3，轴座孔4，模板6，下定位板7，光辊12，运动平台11，运动平台液压缸10，运动平台液压缸活塞杆9，支座8等组成。所述的支座8设有两个，分别设置在下定位板7两端，所述的运动平台液压缸活塞杆9水平固定两个支座8上，运动平台液压缸活塞杆9上设置运动平台液压缸10，运动平台液压缸10上设有运动平台11，运动平台11上设有模板6，所述的运动平台11连接在运动平台液压缸10上，通过液压驱动，运动平台水平往复运动。所述的上定位板I和下定位板7之间设有两个轴座液压缸活塞杆2，各轴座液压缸活塞杆2上均设有一轴座液压缸3，轴座液压缸3上设有轴座，轴座上设有轴座孔4，所述的压辊(以光辊12为例)安装在两个轴座孔4内，并可自由转动，两个轴座液压缸3同步运动，驱动轴座带动光辊12做垂向往复运动。运动平台液压缸10和轴座液压缸3分别通过控制回路连接液压源，液压源主要包括油箱、电动机、油泵、安全阀、过滤器、冷却器和压力表，所述的油箱通过过滤器连接油泵， 所述的油泵连接电动机，所述的油泵通过输油管和液压控制元件分别连接运动平台液压缸和轴座液压缸，所述的输油管上设有安全阀和压力表，所述的运动平台液压缸和轴座液压缸的出油口通过过滤器、冷却器后连接油箱。所述的控制回路主要包括由液压控制阀和传感器所组成的压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路、同步回路和锁紧回路；通过上述控制回路可以实现运动平台和轴座的调速、速度换接、启停、换向、位移和压力控制。所述的运动平台液压缸活塞杆和支座可以是焊接或螺纹连接，所述的支座和下定位板的连接也可以是焊接或螺纹连接，所述的轴座液压缸活塞杆和上下定位板的连接亦可以是焊接或螺纹连接。所述的轴座轴孔为圆孔形配滚动轴承或纯圆形孔、正多边形孔。所述的运动平台液压缸和轴座液压缸均为四杆双作用活塞式液压缸。在液压驱动下，运动平台液压缸10带着运动平台11可以实现往复水平运动，通过压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路等可以实现运动平台的调速、速度换接、启停、 换向、位移和压力控制等功能；通过方向控制回路、速度控制回路、同步回路、锁紧回路等可使轴座液压缸3带着光辊12实现往复垂向运动以调节辊压间隙，通过压力控制回路等可以实现辊压力的调控。如将上述光辊更换为模辊，则可实现双面压印；如将上述光辊更换为模辊、模板更换为光板，则同样可实现单面压印。实施例I如图1-2所示，实施条件，压入式加载，光辊对模板，运动平台主动运动，光辊被动转动，光辊相对运动平台可垂向运动调节辊压间隙，单面压印。第一步，把薄板材料5放置在模板6上，一同装夹在运动平台11上，运动平台液压缸10的左腔进油，运动平台11运动至辊压区光辊12的正下方；第二步，两个轴座液压缸3 的上腔进油，光辊12向下运动给定的位移，把薄板材料5压入模板6 ;第三步，运动平台11 带动模板6和薄板材料5—同以给定的速度沿方向13运动进行辊压；第四步，辊压完成后， 运动平台11带着模板6和薄板材料5移出辊压区，两个轴座液压缸3的下腔进油，光辊12 上移，薄板材料5和模板6分离进行脱模；第五步，重复第一到四步骤，运动平台液压缸10 的右腔进油，实现回程辊压。本实施例的优点是机械结构简单，工艺连续，平整性好，压印力小，平型模具易于制造且成本低，过程易于控制，易于自动化生产，能够实现大面积高效高质大批单面压印制造。实施例2如图3所示，实施条件，压入式加载，压辊为模辊，压板为光板，模辊对光板，运动平台主动运动，模辊被动转动，模辊相对运动平台可垂向运动调节辊压间隙，单面压印。第一步，把薄板材料5置于光板15上，并一同装夹在运动平台11上，运动平台液压缸10左腔进油，运动平台11运动至辊压区模辊14正下方；第二步，两个轴座液压缸3的上腔进油，模棍14向下运动给定的位移,压入薄板材料5 ;第三步,运动平台11带着光板15和薄板材料5 —同以给定的速度沿方向13运动进行辊压，模辊14边辊边脱模；第四步，辊压完成后，模辊14也完成脱模，运动平台11带着光板15和薄板材料5移出辊压区，两个轴座液压缸3的下腔进油，模辊14上移，卸载薄板材料5 ;第五步，重复第一到四步骤，运动平台液压缸10的右腔进油，实现回程辊压。本实施例的优点是机械结构简单，工艺连续，平整性好，压印力小，过程易于控制，易于自动化生产，能够实现大面积高效高质大批单面压印制造。实施例3如图4所示，实施条件，压入式加载，压辊为模辊，压板为模板，模辊对模板，运动平台主动运动，模辊被动转动，模辊相对运动平台可垂向运动调节辊压间隙，双面压印。第一步，把薄板材料5置于模板6上，并一同装夹在运动平台11上，运动平台液压缸10左腔进油，运动平台11运动至辊压区模辊14正下方；第二步，两个轴座液压缸3的上腔进油，模辊14向下运动给定的位移，使得模辊14和模板6压入薄板材料5 ;第三步，运动平台11带着薄板材料5和模板6—同以给定的速度沿方向13运动进行双面辊压，辊模14 边辊边脱模；第四步，辊压完成后，辊模14也完成脱模，运动平台11带着模板6和薄板材料 5移出辊压区，两个轴座液压缸3的下腔进油，模辊14上移，薄板材料5和模板6分离；第五步，重复第一到四步骤，运动平台液压缸10的右腔进油，实现回程辊压。本实施例的优点是机械结构简单，工艺连续，平整性好，压印力小，过程易于控制，易于自动化生产，能够实现大面积高效高质大批双面压印制造。
权利要求
1.一种全液压驱动辊型微细压印装置，其特征在于，包括上定位板、下定位板、支座、运动平台、运动平台液压缸、运动平台液压缸活塞杆、轴座、轴座液压缸、轴座液压缸活塞杆、 压辊、压板；所述的下定位板上设有支座，支座上设置运动平台液压缸活塞杆，运动平台液压缸活塞杆上设置运动平台液压缸，运动平台液压缸上设有运动平台，运动平台上设有压板；所述的上定位板和下定位板之间设置轴座液压缸活塞杆，轴座液压缸活塞杆上设置轴座液压缸，轴座液压缸上设有轴座，该轴座上设有压辊，待加工材料设置在压辊和压板之间，运动平台液压缸和轴座液压缸控制运动平台和压辊运动对待加工材料进行压印。
2.根据权利要求I所述的一种全液压驱动辊型微细压印装置，其特征在于，所述的支座设有两个，分别设置在下定位板两端，所述的运动平台液压缸活塞杆水平固定于两个支座上，所述的运动平台连接运动平台液压缸上，通过液压驱动，运动平台水平往复运动。
3.根据权利要求2所述的一种全液压驱动辊型微细压印装置，其特征在于，所述的运动平台液压缸活塞杆和支座可以是焊接或螺纹连接，所述的支座和下定位板的连接也可以是焊接或螺纹连接。
4.根据权利要求I所述的一种全液压驱动辊型微细压印装置，其特征在于，所述的轴座液压缸设有两个，各轴座液压缸活塞杆垂直固定于上定位板和下定位板上，各轴座液压缸上设有一个轴座，轴座上设有轴座孔，所述的压辊安装在两个轴座孔内，压辊轴线水平配置，并可自由转动，两个轴座液压缸同步运动，驱动轴座带动压辊做垂向往复运动。
5.根据权利要求4所述的一种全液压驱动辊型微细压印装置，其特征在于，所述的轴座轴孔为圆孔形配滚动轴承或纯圆形孔、正多边形孔，所述的轴座液压缸活塞杆和上下定位板可以是焊接或螺纹连接。
6.根据权利要求I所述的一种全液压驱动辊型微细压印装置，其特征在于，所述的运动平台液压缸和轴座液压缸均为四杆双作用活塞式液压缸。
7.根据权利要求I所述的一种全液压驱动辊型微细压印装置，其特征在于，所述的压辊为光辊或模辊，所述的压板为模板或光板，通过压辊与压板的不同组合进行单面压印、双面压印、拼图压印、变薄辊压或零件表面精加工。
8.根据权利要求I所述的一种全液压驱动辊型微细压印装置，其特征在于，所述的运动平台液压缸和轴座液压缸分别通过液压控制回路连接液压源，液压源主要包括油箱、电动机、油泵、安全阀、过滤器、冷却器和压力表，所述的油箱通过过滤器连接油泵，所述的油泵连接电动机，所述的油泵通过输油管和液压控制元件分别连接运动平台液压缸和轴座液压缸，所述的输油管上设有安全阀和压力表，所述的运动平台液压缸和轴座液压缸的出油口通过过滤器、冷却器后连接油箱。
9.根据权利要求8所述的一种全液压驱动辊型微细压印装置，其特征在于，所述的控制回路主要包括由液压控制阀和传感器所组成的压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路、同步回路和锁紧回路；通过上述控制回路可以实现运动平台和轴座的调速、速度换接、启停、换向、位移和压力控制。
10.根据权利要求I所述的一种全液压驱动辊型微细压印装置，其特征在于，所述的压印装置可在圆柱辊子或辊筒表面加工出微细结构特征，或者将加工好的柔性金属模具裹在光辊柱或光辊筒表面；辊印时，采用压入或咬入两种方式加载，所述的压入加载为将待加工材料装夹在压板上并位于压辊正下方，通过压辊和压板间垂向相对运动，将待加工材料压在压板上进行辊型压印；所述咬入加载为先调整好辊压间隙，然后将待加工材料装夹在压板上，通过压辊和压板间水平相对运动，将待加工材料咬入辊压间隙进行辊型压印。
全文摘要
本发明涉及一种全液压驱动辊型微细压印装置，包括上定位板、下定位板、支座、运动平台、运动平台液压缸、运动平台液压缸活塞杆、轴座、轴座液压缸、轴座液压缸活塞杆、压辊(光辊或模辊)、压板(模板或光板)；所述的下定位板上设有支座，支座上设置运动平台液压缸活塞杆，运动平台液压缸活塞杆上设置运动平台液压缸，运动平台液压缸上设有运动平台，运动平台上设有压板；所述的上定位板和下定位板之间设置轴座液压缸活塞杆，轴座液压缸活塞杆上设置轴座液压缸，轴座液压缸上设有轴座，该轴座上设有压辊。与现有技术相比，本发明具有机械结构简单，设计合理，稳定性好，具有很好的生产柔性，能够实现大面积高效高质大批生产等优点。
文档编号B44B5/00GK102602208SQ20121004916
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者倪军, 彭林法, 易培云, 来新民, 高照阳 申请人:上海交通大学