线切割与真空热扩散焊组合工艺制备微模具

发布时间：2020-02-21 23:07

【摘要】：采用线切割和真空压力热扩散焊组合工艺制备了高深宽比的三维微结构。分别研究了线切割与热扩散焊工艺并获得了较好的工艺参数用于制备微模具。首先,在脉冲宽度为10μs,脉冲间隔为40μs,线切割电流为0.28A,电压为60V的条件下,对100μm厚的铜箔进行线切割,获得了多层二维微结构。然后,在热扩散温度为850℃,热扩散时间为10h,压力为1.0μPa的工艺参数作用下,对多层铜箔二维微结构进行真空压力热扩散焊接,通过多层二维微结构的叠加形成微模具,并制备了六棱台微型腔模具及微型级联齿轮模具。实验结果表明:三维微模具表面形貌较好,制作结果较理想,与设计模型基本相符。最后,通过超声模压成型分别获得了二阶和三阶的塑料级联齿轮。这些微塑件质量良好,验证了该工艺方法的可行性。
【图文】：

模压工艺,叠层,模具,铜箔

切割可以切割不同厚度的铜箔，所以该方法可以制作有相当深度的微模具。这里之所以选择铜箔作为原材料，是因为其高温热扩散性好，易于保证真空压力热扩散焊的质量；当然，如果焊接质量控制适当，也可以采用不锈钢箔等其它原材料。２制备工艺Ｍｉｃｒｏ－ＤＬＯＭ制备三维微模具以及注塑的工艺过程包括：（１）采用电火花线切割工艺对铜箔进行切割获得二维微结构；（２）通过真空压力热扩散焊连接多层二维微结构从而叠加拟合出三维微模具。用于制备三维叠层微模具的Ｍｉｃｒｏ－ＤＬＯＭ工艺路线如图１所示。图１三维叠层微模具的制备以及模压工艺Ｆｉｇ．１Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆ３Ｄｌａｍｉｎａｔｅｄｍｉｃｒｏｍｏｌｄｓａｎｄｍｉｃｒｏ－ＵＰＭｐｒｏｃｅｓｓ首先，通过ＣＡＤ切片软件将微模具设计模型进行离散切片从而获得叠层微模具模型。切片软件还需对叠层微模具模型进行后处理，从而获得铜箔层数、层厚及每层铜箔二维微结构轨迹等数据。然后将已确定的各层铜箔的一端夹紧固定。铜箔分已加工铜箔、正加工铜箔和待加工铜箔（见图２）。待加工铜箔的另一端需要向上弹性弯曲并用挡块挡住，正加工铜箔的另一端通过钢块与磁铁夹具固定，并由线切割加工该层的二维微结构，，已加工铜箔需要向下弹性弯曲并用挡块挡祝重复上述过程，直至完成各层二维微结构的线切割加工，从而获得初步叠层的三维微模具。然而初步叠层的三维微模具的各层二维微结构并没有真正连接，因此需其一端仍保持夹紧状态并放入真空炉中进行真空压力热扩散焊，从而完成各层铜箔二维微结构的完全连接，形成整体式微模具。最后，运用超声模压粉末成型方法（Ｍｉｃｒｏ－ＵＰＭ）［１９

线切割加工,微结构,二维

Ｍｉｃｒｏ－ＤＬＯＭ工艺路线如图１所示。图１三维叠层微模具的制备以及模压工艺Ｆｉｇ．１Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆ３Ｄｌａｍｉｎａｔｅｄｍｉｃｒｏｍｏｌｄｓａｎｄｍｉｃｒｏ－ＵＰＭｐｒｏｃｅｓｓ首先，通过ＣＡＤ切片软件将微模具设计模型进行离散切片从而获得叠层微模具模型。切片软件还需对叠层微模具模型进行后处理，从而获得铜箔层数、层厚及每层铜箔二维微结构轨迹等数据。然后将已确定的各层铜箔的一端夹紧固定。铜箔分已加工铜箔、正加工铜箔和待加工铜箔（见图２）。待加工铜箔的另一端需要向上弹性弯曲并用挡块挡住，正加工铜箔的另一端通过钢块与磁铁夹具固定，并由线切割加工该层的二维微结构，已加工铜箔需要向下弹性弯曲并用挡块挡祝重复上述过程，直至完成各层二维微结构的线切割加工，从而获得初步叠层的三维微模具。然而初步叠层的三维微模具的各层二维微结构并没有真正连接，因此需其一端仍保持夹紧状态并放入真空炉中进行真空压力热扩散焊，从而完成各层铜箔二维微结构的完全连接，形成整体式微模具。最后，运用超声模压粉末成型方法（Ｍｉｃｒｏ－ＵＰＭ）［１９］就可获得三维微结构零件。图２线切割加工各层二维微结构Ｆｉｇ．２Ｗｉｒｅｃｕｔｔｉｎｇｏｆｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒ２Ｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ３实验材料与设备制备三维微模具的材料为１００μｍ厚的铜箔，线切割机为深圳联高精密机械有限公司生产的中走丝线切割机Ｈ－ＣＵＴ３２Ｆ，真空炉为深圳中达强电炉厂生产的真空热处理炉（ＺＫ１－１２－１２００）。采用日本ＫＥＹＥＮＣＥ公司生产的大景深体式显微镜ＶＨＸ－１０００，

【参考文献】