一种金属微零件成形模具及其成形方法

摘要

一种金属微零件成形方法，其特征在于包括以下步骤：制作微型腔模具，凸、凹模相互绝缘并分别与焊接电源的两极连接；将金属粉末填充入模具型腔内；凸、凹模合模后压实金属粉末；接通焊接电源将金属粉末瞬间熔化；切断焊接电源，即可开模取出成形的微零件。本发明与现有技术对比的有益效果是：金属材料在封闭的模具型腔内部利用电阻热快速加热至溶化状态，然后通过合模压力使金属粉末充实模具型腔，吸收铸造成形流动性好的优点，型腔填充效果好；瞬间成形过程中，金属粉末材料分别在热塑性、半固态和液态等多种状态和合模压力下填充成形，所成形的微零件致密度高，机械性能好。

权利要求

1.一种金属微零件成形模具，包括：凸模和凹模，其特征在于：所述凹模底部设有可将模腔内成形件顶出的顶块；

所述凸模由电极材料或嵌有电极材料的非电极材料制成；

所述凹模和顶块两部件中至少一件由电极材料制成或由嵌有电极材料的非电极材料制成；所述凸模和凹模或顶块的电极材料部位分别与焊接电源的两极连接；

所述凸模与凹模之间相互绝缘；

所述微零件是指具有亚毫米或微米级微特征结构的制件。

2.根据权利要求1的金属微零件成形模具，其特征在于：所述电极材料是纯铜或铜基合金或纯钨或钨基合金。

3.根据权利要求1或2的金属微零件成形模具，其特征在于：所述非电极材料是陶瓷材料或硅材料。

4.根据权利要求1的金属微零件成形模具，其特征在于：所述凹模由钢材料制成，凹模底部的顶块和凸模由电极材料制成。

5.一种金属微零件成形方法，包括以下步骤：一、将粒度≥50目的金属粉末填入充满金属微零件成形模具的凹模型腔，并高出凹模型腔的腔口面；

二、将凸模合于凹模，在保持合模压力≥0.1MPa状态下压实型腔中的金属粉末，合模后凸模与凹模型腔的腔口面之间至少留有δ≥0.5mm间隔，确保凸模、凹模互相不接触；

三、接通焊接电源，电压4～8伏，电流1000～10000安培，通电时间0.2～0.02秒，利用电阻热将型腔中的金属粉末瞬间熔化，并在保持合模压力≥0.1MPa状态下充实型腔；

四、切断焊接电源，将凸模与凹模分离开模；

五、利用设置在凹模底部的顶块，将成形的微零件从凹模型腔中顶出；

所述微零件是指具有亚毫米或微米级微特征结构的制件。

6.根据权利要求5的金属微零件成形方法，其特征在于：所述金属粉末是铁基合金粉末、钢粉末、铝合金粉末。

说明书

一种金属微零件成形模具及其成形方法

技术领域

[0001] 本发明涉及的是金属零件制造成形方法，尤其是一种金属微零件成形模具及其成形方法。

背景技术

[0002] 一般地，微成形定义为：成形的零件或结构至少在两维尺度上在亚毫米范围内。具有亚毫米或微米级微特征结构的制件称为微(结构)零件。

[0003] 根据所成形材料的状态，金属微成形工艺可以分为固态成形和流体成形两大类。固态成形一般是采用塑性加工，和常规塑性加工一样，其中根据坯料形态的不同，可分为体积成形和板材成形。体积成形包括模锻、正反挤压、压印等，塑性加工变形抗力较大，成形形状和变形程度受到很大限制。例如，对于体积成形难以成形具有较大深宽比的型腔部分；对于板料成形，制件容易出现开裂或起皱等缺陷。流体成形包括金属粉末注射成形、铸造等，其中金属粉末注射成形制件还需要进行后续烧结脱脂等后处理，工艺复杂、尺寸容易收缩，精度难以保证；而铸造流体成形则需要将金属在型腔外熔化后浇注到型腔中，加热温度高，容易发生气孔、缩孔和缩松等缺陷。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术存在的缺陷，提供一种金属微零件成形模具及其成形方法。

[0005] 本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。

[0006] 本发明金属微零件成形模具，包括：凸模和凹模。

[0007] 这种金属微零件成形模具的特点是：

[0008] 所述凹模底部设有可将模腔内成形件顶出的顶块；

[0009] 所述凸模由电极材料或嵌有电极材料的非电极材料制成；

[0010] 所述凹模和顶块两部件中至少一件由电极材料制成或由嵌有电极材料的非电极材料制成；

[0011] 所述凸模和凹模或顶块的电极材料部位分别与焊接电源的两极连接；

[0012] 所述凸模与凹模之间相互绝缘。

[0013] 所述电极材料是纯铜或铜基合金或纯钨或钨基合金。

[0014] 所述非电极材料是陶瓷材料或硅材料。

[0015] 所述凹模由钢材料制成，凹模底部的顶块和凸模由电极材料制成。且钢材料凹模仅能用于铝合金粉末金属材料的成形。

[0016] 本发明金属微零件成形方法，包括以下步骤：

[0017] 一、将粒度≥50目的金属粉末填入充满金属微零件成形模具的凹模型腔，并高出凹模型腔的腔口面；

[0018] 二、将凸模合于凹模，在保持合模压力≥0.1MPa状态下压实型腔中的金属粉末，合模后凸模与凹模型腔的腔口面之间至少留有δ≥0.5mm间隔，确保凸模、凹模互相不接触；

[0019] 三、接通焊接电源，电压4～8伏，电流1000～10000安培，通电时间0.2～0.02秒，利用电阻热将型腔中的金属粉末瞬间熔化，并在保持合模压力≥0.1MPa状态下充实型腔；

[0020] 四、切断焊接电源，将凸模与凹模分离开模；

[0021] 五、利用设置在凹模底部的顶块，将成形的微零件从凹模型腔中顶出。

[0022] 本发明金属微零件成形方法的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。

[0023] 所述金属粉末包括：铁基合金粉末、钢粉末、铝合金粉末。

[0024] 本发明与现有技术对比的有益效果是：

[0025] 1)金属粉末在封闭的模具型腔内部利用电阻热快速加热至溶化状态，利用保持的合模压力使金属粉末充实模具型腔，吸收了铸造成形流动性好的优点，型腔填充效果好；

[0026] 2)瞬间成形过程中，型腔内的金属粉末分别在热塑性、半固态和液态等多种状态下，由合模压力下填充成形，所成形的微零件具有致密度高，机械性能好等特点。

[0027] 本发明金属微零件成形模具的具体结构及金属微零件成形的方法由以下附图和实施例详细给出。

附图说明

[0028] 附图是本发明金属微零件成形模具结构示意图。

[0029] 附图中1-凸模、2-凹模、3-顶块、4-金属粉末。

具体实施方式

[0030] 实施例1：涉及的是适于铁基合金微零件制作的金属微零件成形模具及其成形方法。

[0031] 从附图可以清楚地看到金属微零件成形模具包括：凸模1和凹模2，凹模2底部设有可将模腔内成形件顶出的顶块3。

[0032] 所述凸模1、凹模2和顶块3均采用可作电极的纯铜材料制作。

[0033] 所述凸模1和凹模2分别与焊接电源的两极连接(图中未示)，凸模1与凹模2之间相互绝缘；

[0034] 一种铁基合金金属微零件成形方法包括以下步骤：

[0035] 一、将粒度≥50目的铁基合金Fe-0.77％C金属粉末4填入充满金属微零件成形模具的凹模2，并高出凹模2型腔的腔口面；

[0036] 二、将凸模1合于凹模2，在保持合模压力≥0.1MPa状态下压实型腔中的金属粉末4，合模后凸模1与凹模2型腔的腔口面之间留有δ＝1.0mm间隔，确保凸模1、凹模2互相不接触；

[0037] 三、接通焊接电源，电压6伏，电流5000安培，通电时间0.08秒，利用电阻热将金属粉末4瞬间熔化，并在保持合模压力≥0.1MPa状态下充实型腔；

[0038] 四、切断焊接电源，将凸模1与凹模2分离开模；

[0039] 五、利用设置在凹模2底部的顶块3，将成形的微零件从凹模2型腔中顶出，即获得致密度高，机械性能好的铁基合金微零件。

[0040] 实施例2：涉及的是适于铝合金微零件制作的金属微零件成形模具及其成形方法。

[0041] 金属微零件成形模具的组成结构与实施例1相同，区别仅在于：

[0042] 所述凹模2由钢材料制作，凸模1和设置在凹模2底部的顶块3由可用作电极的铜材料制作，凸模1和顶块3分别与焊接电源的两极连接。

[0043] 铝合金金属微零件成形方法包括以下步骤：

[0044] 一、将粒度≥50目的铝合金粉末Al-12％Si金属粉末4填入充满金属微零件成形模具的凹模2，并高出凹模2型腔的腔口面；

[0045] 二、将凸模1合于凹模2，在保持合模压力≥0.1MPa状态下，压实型腔中的金属粉末4，合模后凸模1与凹模2型腔的腔口面之间留有δ＝1.0mm间隔，确保凸模1与凹模2互相不接触；

[0046] 三、接通焊接电源，电压6伏，电流8000安培，通电时间0.06秒，利用电阻热将金属粉末4瞬间熔化，并在保持合模压力≥0.1MPa状态下充实型腔；

[0047] 四、切断焊接电源，将凸模1与凹模2分离开模；

[0048] 五、利用设置在凹模2底部的顶块3，将成形的微零件从凹模2型腔中顶出，即获得致密性高，机械性能好的铝合金微零件。

[0049] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。