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微成形机

/microforming press/
条目作者徐杰单德彬
条目作者徐杰

徐杰

单德彬

单德彬

最后更新 2022-01-20
浏览 178
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实现微成形各种工艺方法所需的设备。

英文名称
microforming press
所属学科
机械工程

微成形机具有高的位置分辨率、定位精度和响应速度,传统的曲柄滑块机构、液压/气动驱动方式在位移精度、响应速度等方面难以满足微成形工艺要求,具有高速、高精度的新型微成形机成为微成形系统发展的重要方向。

微成形机的驱动方式主要以精密伺服电机驱动为主,一些新型的驱动方式,比如压电陶瓷、直线电机等,也逐步应用到微成形设备中。

对传统的曲柄机构和滚珠丝杠经过微型化和精密化改进后,作为驱动方式的桌面式微成形设备。该类微成形机的驱动机构采用微型伺服电机和滚珠丝杠组合方式,利用精密模架进行导向。伺服电机驱动微成形机的特点是:输出力大,可达30千牛,输出的位置精度较高,成功实现了微拉深、微弯曲、微冲裁等多种薄板微成形工艺,能够满足毫米或亚毫米微型零件微成形工艺要求。

压电材料与输入电压之间具有线性膨胀效应,称为压电效应。利用压电陶瓷的压电效应作为驱动方式,能够实现微成形机滑块往复运动,已经成功应用到微挤压成形工艺中(图1)。压电陶瓷驱动的微成形机的优点是高加速度和高位移精度。缺点是由于压电陶瓷输出位移量小,仅为压电驱动器高度的1/1000,导致微成形机行程很小。压电陶瓷驱动微成形机行程范围在100微米~2.85毫米。 

图1 压电陶瓷驱动的微成形机图1 压电陶瓷驱动的微成形机

直线电机能够将电能直接转换为直线运动,不需要任何中间转换机构,实现了零传动,成为高速、高精度微成形设备的理想驱动方式(图2)。直线电机驱动的微成形机一般采用对称双直线电机驱动机构,采用超精密直线导轨或者气浮轴承进行导向。直线电机驱动的微成形机特点是:最大速度超过1米/秒,定位精度达到微米级,冲程次数超过1000次/分钟,能够满足薄板微成形高速高精度工艺要求。 

图2 直线电机驱动的微成形机示意图图2 直线电机驱动的微成形机示意图

微成形机广泛用于微电子、生物医疗、新能源以及航空航天等领域微型构件的高精度批量制造。针对微型零件的高精度制造技术需求,日本机械工程研究所首次提出了微型工厂的概念,空间尺寸仅为500毫米×700毫米,整个系统包括微型车床、微型铣床、微成形机以及微操作传送与组装装置。微型工厂能够实现微型模具加工、微型构件成形以及装配,大大节约了能源和空间,成为微成形系统未来的发展趋势。

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