专利名称：微型平面弹簧的孔挤出式制备法及其制备装置的制作方法
技术领域：
本发明属于微型平面弹簧制备领域，特别是一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法及其制备装置。
背景技术：
微弹簧是微执行器、微传感器中的重要器件，利用微弹簧的弹性作用，可以使设计者实现弹性力和能量的传递，因此微弹簧的弹性作用对于所设计器件能否正常发挥作用非
常重要。
目前部分微弹簧采用传统的准LIGA技术，其材料采用紫外光固化的SU-8胶，或者采用硅本体作为微弹簧的材料。但是SU-8胶或者硅本体在所需的弹性力较大时没有金属的力学性能好，金属可以提供良好的应力应变和抗疲劳性能，使微弹簧在较大的拉力下可以产生预想的效果。采用X射线曝光技术可以获得金属结构的器件，如在形状记忆效应基础上设计的线形微驱动器及用于炮弹或其它爆炸物的一种小型平面、惯性作用的引信安全系统等方面有重要应用。但是使用X射线曝光技术获得金属结构的器件代价昂贵，而且X射线的使用使得制造工艺困难。因此，用方便的方法生产金属结构的微弹簧非常重要。采用SU-8光刻后电铸的方法可以生产金属结构的微弹簧，此种方法利用了 SU-8胶高深宽比的特点，获得和采用SU-8胶做材料时相同的器件结构，并且可以使用任何能够进行电铸的金属进行生产。如，我国采用LIGA (微电铸)研制了 MEMS系统用镍基微弹簧，但在拉伸实验及滑块弹簧拉力测试实验中镍基弹簧在多次拉伸之后发生塑性变形不能恢复原状，甚至发生断裂。这些零件的实际力学特性与理想状态差距较大，原因在于微电铸件的机械性能还不能和常规金属零件相比。另外从材料角度来看，纯镍的弹性、抗拉强度和伸长率等性能指标并不优越，这些都给MEMS机构弹性元件的设计和加工带来了困难。日本M. Otsu等采用电火花成形制备了板簧,材质为纯铜和不锈钢,厚度为50 μ m或70μπι。这种切割加工的方式需要特定的加工设备，且由于存在热影响区，影响板簧最终的使用性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精度高、低成本、适合大批量生产、可控性强，且制备出的微弹簧使用寿命长、弹性系数高、抗拉强度高的微型平面弹簧的孔挤出式制备法及其制备装置。实现本发明目的的技术解决方案为
一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法，将预处理后的坯料放入模具，通过挤压杆的运动，将坯料从流出孔挤出，形成平面弹簧，经过机械加工、研磨、抛光获得所需厚度的微型平面弹簧。
一种用于微型平面弹簧的孔挤出式制备法的装置，装置由模具和挤压杆构成，其模具顶端开有孔，挤压杆与模具顶端的孔相配合，模具所开孔的底部开有流出孔。本发明与现有技术相比，其显著优点
(1)可以低成本、规模化生产，产品精度高，可重复性好；
(2)制备出来的微型平面弹簧具有更高的使用寿命、弹性系数和抗拉强度高。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图I是本发明装置的结构示意图。 图2是本发明装置模具的俯视图。
具体实施例方式本发明一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法，将预处理后的坯料2放入模具3，通过挤压杆I的运动，将坯料2从流出孔4挤出，形成平面弹簧，经过机械加工、研磨、抛光获得所需厚度的微型平面弹簧；微型平面弹簧的坯料2材料为高强度铜合金，坯料2预处理方法为退火或者固溶处理；流出孔4根据所制备的平面弹簧的形状确定；高强度铜合金为铍青铜或铝青铜；退火温度范围为500-750°C，固溶处理温度范围为600-800°C;挤压前坯料2预热温度范围为室温到900°C，模具3和挤压杆I预热温度范围为室温到500°C。装置由模具3和挤压杆I构成，其模具3顶端开有孔，挤压杆I与模具顶端的孔相配合，模具所开孔的底部开有流出孔4 ;模具3和挤压杆I之间根据需要可以增加挤压垫以保护挤压杆。挤压前坯料2、模具3和挤压杆I可以预热；挤压前坯料2预热温度范围为室温到9000C。模具3和挤压杆I预热温度范围为室温到500°C。实施例I
I)选用QAl 7铝青铜。2)退火处理500°C保温I小时，随炉冷却，降温到室温。加工成直径20mm，长4mm的圆棒还料。3)将坯料预热到850°C，保温10分钟。将模具和挤压杆预热到400°C，保温30分钟。4)把坯料放入模具中，通过挤压机推动挤压杆运动，使得坯料顺着流出孔挤出，获得宽O. 9mm,长12. 2mm,厚度方向不限的微型平面弹簧。5)根据需要截取合适的厚度，并进行研磨、抛光。实施例2
I)选用QA19-2铝青铜。2)退火处理680°C保温I小时，随炉冷却，降温到室温。加工成直径20mm，长20mm的圆棒还料。3)将坯料预热到900°C，保温10分钟。将模具和挤压杆预热到500°C，保温30分钟。4)把坯料放入模具中，通过挤压机推动挤压杆运动，使得坯料顺着流出孔挤出，获得宽O. 6mm,长20mm,厚度方向不限的微型平面弹簧。5)根据需要截取合适的厚度，并进行研磨、抛光。实施例3
I)选用QA19-4铝青铜。2)退火处理750°C保温I小时，随炉冷却，降温到室温。加工成直径20mm，长20mm的圆棒还料。3)将坯料预热到650°C，保温10分钟。将模具和挤压杆预热到500°C，保温30分钟。
4)把坯料放入模具中，通过挤压机推动挤压杆运动，使得坯料顺着流出孔挤出，获得宽O. 6mm,长20mm,厚度方向不限的微型平面弹簧。5)根据需要截取合适的厚度，并进行研磨、抛光。实施例4
I)选用QBe 2铍青铜棒材。2)固溶处理600°C保温Ih小时，随炉冷却，降温到室温。加工成直径20mm，长6mm的圆棒还料。3)将坯料预热到850°C，保温10分钟。将模具和挤压杆预热到500°C，保温30分钟。4)把坯料放入模具中，通过挤压机推动挤压杆运动，使得坯料顺着流出孔挤出，获得宽O. 8mm,长12. 2mm,厚度方向不限的微型平面弹簧。5)根据需要截取合适的厚度，并进行研磨、抛光。实施例5
I)选用QBe I. 7铍青铜棒材。2)固溶处理650°C保温24min小时，随炉冷却，降温到室温。加工成直径20mm，长4_的圆棒还料。3)室温下把坯料放入模具中，通过挤压机推动挤压杆运动，使得坯料顺着流出孔挤出，获得宽O. 8mm，长12. 2mm,厚度方向不限的微型平面弹簧。4)根据需要截取合适的厚度，并进行研磨、抛光。实施例6
I)选用QBe I. 9铍青铜棒材。2)固溶处理800°C保温Ih小时，随炉冷却，降温到室温。加工成直径20mm，长4mm的圆棒还料。3)将坯料预热到600°C，保温10分钟。将模具和挤压杆预热到300°C，保温60分钟。4)把坯料放入模具中，通过挤压机推动挤压杆运动，使得坯料顺着流出孔挤出，获得宽O. 8mm,长30mm,厚度方向不限的微型平面弹簧。5)根据需要截取合适的厚度，并进行研磨、抛光。
权利要求
1.一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法，其特征在于将预处理后的坯料(2)放入模具(3)，通过挤压杆(I)的运动，将坯料(2)从流出孔(4)挤出，形成平面弹簧，经过机械加工、研磨、抛光获得所需厚度的微型平面弹簧。
2.根据权利要求I所述的一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法，其特征在于微型平面弹簧的坯料(2)材料为高强度铜合金，坯料(2)预处理方法为退火或者固溶处理。
3.根据权利要求I所述的一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法，其特征在于挤压前坯料(2)预热温度范围为室温到900°C，模具(3)和挤压杆(I)预热温度范围为室温到500。。。
4.根据权利要求I所述的一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法，其特征在于所述的流出孔4根据所制备的平面弹簧的形状确定。
5.根据权利要求2所述的一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法，其特征在于所述的高强度铜合金为铍青铜或铝青铜。
6.根据权利要求2所述的一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法，其特征在于所述的退火温度范围为500-750°C，固溶处理温度范围为600-800°C。
7.一种用于微型平面弹簧的孔挤出式制备法的装置，其特征在于装置由模具(3)和挤压杆(I)构成，其模具(3)顶端开有孔，挤压杆(I)与模具顶端的孔相配合，模具所开孔的底部开有流出孔(4)。
8.根据权利要求7所述的一种用于微型平面弹簧的孔挤出式制备法的装置，其特征在 于模具(3)和挤压杆(I)之间设有挤压垫。
全文摘要
本发明公开了一种微型平面弹簧的孔挤出式制备法及其制备装置，其方法为将预处理后的坯料放入模具，通过挤压杆的运动，将坯料从流出孔挤出，形成平面弹簧，经过机械加工、研磨、抛光获得所需厚度的微型平面弹簧；其装置由模具和挤压杆构成，其模具顶端开有孔，挤压杆与模具顶端的孔相配合，模具所开孔的底部开有流出孔；本发明的方法和装置精度高、低成本、适合大批量生产、可控性强，且制备出的微弹簧使用寿命长、弹性系数高、抗拉强度高。
文档编号B21C23/02GK102825085SQ20121029171
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者张新平, 封善飞, 洪祥挺, 邢雪君, 梁雨昕, 朱雅婷 申请人:南京理工大学