一种高应变率下微塑性成形脱模装置及其成形方法

摘要

本发明公开了一种高应变率下微塑性成形脱模装置及其脱模方法，该装置包括约束层、贴于约束层下表面的飞片、模具、置于模具上表面的箔板、约束层与箔板之间的飞行腔，箔板和模具之间还设置有软膜，软膜的厚度小于箔板的厚度。模具的尺寸为毫米级，箔板的厚度为几十微米到一毫米，软膜的厚度为几微米至几十微米。软膜紧贴于模具上表面设置。本发明具有能量利用率高、成形件强度较高、成形精度高、脱模速度快以及模具（凹模）可更换等优点，尤其适用于高应变率下工件的快速成形。

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱模方法及装置，特别涉及一种应用于箔板在高应变率下微成形过程的快速脱模方法及装置。 

背景技术

微塑性成形技术是指利用塑性变形的方法生产至少在二维方向上尺寸处于亚毫米量级零件的技术。随着微机电系统的飞速发展和逐步进入实用化,对微型零件的需求量也越来越大。微塑性成形技术以其工艺简单、高生产效率、低成本、成形件强度高等优点,成为微机电系统零件规模化生产的关键技术之一。

传统的微塑性成形是在较低的应变率下的，而在薄板成形领域高应变率下的微成形技术因其成形过程中晶粒细化从而成形件强度得到强化而受到越来越多的关注。激光快速微板料成形是一种很有前景的技术，但是由于微型化过程产生的尺寸效应使得工件成形过程具有诸多不确定性，所以确保材料均匀变形、成形件与模具的快速分离等都是有待解决的难题。

申请号为CN200810014019.6公开了一种板材激光软模成形方法及其专用装置。该方法是将激光作用于板材形成凸模,以弹性材料作软模（即是凹模）,使板材变形的方法。该专利中高弹性软膜作为凹模具有一定的脱模效果，但是由于软膜厚度远大于工件厚度软膜的回弹会严重影响成形精度。

申请号为CN200910031039.9公开了一种基于聚氨酷橡胶模的激光冲击成形方法和装置。该发明是用激光诱导的冲击波作为成形的力源,用聚氨酷橡胶模作为激光冲击成形的凹模,改变板料在冲击波作用下的受力状况,实现复杂曲面的冲击成形。该专利中聚氨酯橡胶虽具有一定的整平能力，但是文中并未给出具体脱模能力，而且作为弹性体凹模成形精度不高。

申请号CN201110400555.1公开了一种激光冲击高分子聚合物间接微成形方法及其专用装置。该发明利用应力波作用下使聚合物发生弹性变形，从而带动靶板塑性变形。该专利是一种间接微成形方法，可以避免飞片高速冲击成形过程对工件的烧蚀或者刻蚀现象，提高成形性能。但文中并未涉及到体现软膜脱模能力的内容。

上述三个专利共同的特征是：都属于高速、高能率成形的范畴，都使用软膜来提高工件的成形能力。但文中均未涉及到软膜对工件脱模性能的研究，软膜的厚度要比工件大的多，这就会引起成形过程中阻力加大，能量很大部分被软膜吸收，利用率不高。而且，软膜作为凹模难以精确控制成形精度。 

发明内容

针对现有技术中高应变率下微塑性成形装置及其成形方法存在的上述问题，本发明提供一种高应变率下微塑性成形脱模装置及其成形方法。

本发明的技术方案是：

一种高应变率下微塑性成形脱模装置，包括约束层、贴于约束层下表面的飞片、模具、置于模具上表面的箔板、约束层与箔板之间的飞行腔，所述箔板和模具之间还设置有软膜，所述软膜的厚度小于箔板的厚度。

作为本发明的进一步改进，所述模具的尺寸为毫米级，所述箔板的厚度为几十微米到一毫米，所述软膜的厚度为几微米至几十微米。

作为本发明的进一步改进，所述软膜紧贴于模具上表面设置。

一种高应变率下微塑性成形脱模装置的成形方法，具体包括如下步骤：

A、将软膜置于模具之上，箔板置于软膜上；

B、将飞片贴在约束层的下表面；

C、将约束层与飞行腔胶粘固连后压在箔板上表面；

D、加载激光束，飞片冲击箔板带动软膜在应力波下高速成形。

E、拿走固连的飞行腔，取出成形件；

F、软膜重复使用多次，直至其塑性变形量超过成形件允许的精度后换用新软膜。

本发明的有益效果是：

本发明具有能量利用率高、成形件强度较高、成形精度高、脱模速度快以及模具（凹模）可更换等优点，尤其适用于高应变率下工件的快速成形。

附图说明

图1为微塑性脱模原理图；

图2为成形后塑性变形状态图。

图中：1.约束层；2.飞片；3.飞行腔；4.箔板；5.软膜；6.模具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明一种高应变率下微塑性成形脱模装置的结构如图1所示，包括约束层1、贴于约束层1下表面的飞片2、模具6、置于模具6上表面的箔板4、约束层1与箔板4之间的飞行腔3，箔板4和模具6之间还设置有软膜5，软膜5的厚度小于箔板4的厚度。模具6的尺寸为毫米级，箔板4的厚度为几十微米到一毫米，软膜5的厚度为几微米至几十微米。软膜5紧贴于模具6上表面设置。

约束层1为透光率高的玻璃（K9），吸收层为蒸馏水，飞片2为一金属薄板，其上表面涂有几个微米厚的黑漆作为烧蚀层。加载激光前应先将吸收层附着于烧蚀层上，然后贴在约束层1下表面。待加载激光束后，在约束层1与飞片2之间瞬间产生很高的压力，并驱动飞片2高速冲击箔板4，箔板4与弹性软膜5在应力波作用下快速塑性成形。如图2所示，飞片2高速冲击箔板4使得箔板4局部晶粒细化强度的到提高，而后反向弹离成形件。将固连在一起的飞行腔3取出，然后再取出成形件。弹性软膜5可以重复使用多次直至其塑性变形量超过成形件允许的精度后换用新软膜5。

本发明具有能量利用率高、成形件强度较高、成形精度高、脱模速度快以及模具（凹模）可更换等优点，成形件可以很容易的从模具中取出，尤其适用于高应变率下工件的快速成形。

本发明一种高应变率下微塑性成形脱模装置的成形方法，具体包括如下步骤：

1、将弹性软膜5置于模具6之上，箔板4置于软膜5上；

2、将飞片2贴在约束层1的下表面；

3、将约束层1与飞行腔3胶粘固连后压在箔板4上表面；

4、加载激光束，飞片2冲击箔板4带动弹性软膜5在应力波下高速成形；

5、拿走固连的飞行腔3，取出成形件，软膜5可以重复使用一定次数后再换软膜5。

激光束通过约束层、吸收层入射到飞片上表面的烧蚀层，很短时间内产生GPa级的压力。飞片高速飞过飞行腔冲击箔板，箔板下表面与软膜接触，箔板在模具中在很高的应变率下成形。实现该方法的关键在于弹性软膜厚度小于工件，弹性软膜可以使成形后的工件与模具分离，具有分离速度快。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。