在级进模具中微小压力成型与装配微小零部件.docVIP

在级进模具中微小压力成形与微小零部件的装配 Ming Yang1, Ken- ichi Manabe2 and Kuniyoshi Ito3 1Graduate School 0f system design, Tokyo Metropolitan Univ.,Japan, 2Graduate School of Science and Engineering, Tokyo Metropolitan Univ.,Japan, 3Seki Corporation, Tokyo, Japan 摘要： 微小压力成型与加工装配技术已经被发展和应用到材料零部件的加工中。此技术是基于高能量的条件，例如离子和短脉冲激光的发展用于制造微米级的模具特征和毫米级的表面处理。除此以外，DLC包络模具表面是为了提高磨损抵抗力和减小摩擦力。一个微小的齿轮的直径是0.2mm是用薄板材料加工得来的。此外，一个精确级进模 具在微米压力系统的条件下由三个单元零部件装配而成。结果显示微米材料的成型可能是一个新的技术，对于微小装置的加工装配而言，比如，用来在微米机械电镀系统，生物芯片的低损耗大批量生产中 关键字：微型冲压成型；自动化装配；级进模；微型金属装置 1 引言 十年来微型机电系统和生物芯片引起了人们的注意。这些微型装置主要是由硅和玻璃组成的，并且是由微型加工技术制造的，通常这些加工成本是很高的。用于微型机电系统的制造技术把它固定在低成本方面是一个重要的课题。自从微型加工技术被基于照片成像技术以来过程特征在2维或者2.5维空间，微型机电系统只能用致密结构的脆性材料。相反材料有延展和传导的性能所以微型机电系统的制造是基于在高强度柔性材料的结构成型可能有更多的自由性。另一方面，材料成型在毫米级或者微米级方面也变成了一个很重要的课题针对于结构零件微小的音频电视和信息技术设备。【1,2】 作者已经找到了一个新的微型金属成型技术，微小的零部件是通过精密冲压成型和自动化装配过程在级进模中进行的。【3】有一些种类的薄板金属在模具中通过流水线几步同时成型，并且在级进模中同时装配零部件。我们也曾经介绍过高能量光束用到只有几个微米特征的微型模具的加工中，并且使用DLC技术在模具成型表面覆上薄膜为了提高模具的磨损抵抗性能。【4】 在这个研究中，我们尝试着去发展几种用来打孔和深度拉伸的模具，并且在级进模中利用压力成型生产一些微型的零部件。 2 微压力成型用来制造微电子机械系统 冲压成型是金属成型过程的重要之一，在冲压机床上用来制造复杂的零件。通过冲压成型的很多零件被用到音频电视和信息技术设备上这些年来这些特别零件变得越来越小。而且，微型机械电镀系统和生物芯片是由一个系统的多个结构部件或者一个有发杂结构的部件组成的。使用冲压成型制造一些毫米级的零件/部件在以后的一些年可能是重要的问题。毫米级成型零件的问题有： - 毫米级模具的新的制造方法的发展和改革， - 模具的表面处理是为了保护模具的磨损和破坏， - 发展并且改革具有良好地纹理的金属材料， - 微型零件的处理和装配。 在这个研究中，我们推荐一个微型制造系统，通过在多工步中使用冲压成型制造多个微型零件并且在级进模中将这些零件装配成一个部件件。 图片1展示微型制造系统的设想。几种材料被应用到级进模具中通过几个工步流水线各自同步地成型，并且在同一副模具中装配到一起。因此当一次冲压成型完成一个零部件也就制造出来了。为了建立微型制造系统，在尺寸和校准方面保证模具的每个元件的精度是具有挑战性的。这个问题有如下几条： - 为制造和改革小于20um的模具特征建立新的方法， - 保证元件的尺寸和装配小于1um的误差， - 模具表面的处理时为了在运行过程中没有润滑剂的情况下减少模具的磨损和退化， - 在装配过程之前较大的去除微小的毛边， - 微型的数字化的冲压机器在运行过程中减少垂直和水平方向的位置误差， 微型模具的制造方法在几十微米尺寸大小和装配系统的冲压成型过程设计在第3、4章节会专门的讨论。 3 微型模具的制造 3、1 通过结合机器和高能量的光束的微型模具的制造方法 图片2展示了使用结合加工的方法用微型模具对齿轮形状打小孔的照片。这个微型齿轮有一个直径为200um的斜圆，并且有20个组件。在机器加工圆孔形状后，这个齿轮有大约20um的特征是用短脉冲激光和微型释放电流的组合加工方法，此外，离子放射被用来去除主要边缘的痕迹和微裂纹。模型制造和表面完成的细节在我们先前的工作中出现过【3】，【4】放射后打孔的表面看上去粗糙度有所改善，。对微型模具而言，改善表面粗糙度的和机械性能的重要性是为了减少由于应力集中地增加而对模具造成的磨损和破坏。 3、2 利用离子DLC在模具表面覆上薄膜 作者还涂DLC膜的模具减少摩擦和磨损保护[4]。