朱子勛　張煥煥

摘要：本文主要集中論述了面向微細(xì)制造方向的微成形技術(shù)，具體分析了當(dāng)下微細(xì)制造技術(shù)工藝及其應(yīng)用，論述了微成形技術(shù)的關(guān)鍵問題和技術(shù)，并探討了其未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：微細(xì)制造；微成形技術(shù)

前言

產(chǎn)品微型化已經(jīng)成為了我國工業(yè)發(fā)展中的新趨勢，不論是在電子制造還是微系統(tǒng)技術(shù)或者微機電系統(tǒng)方面，都有廣泛的運用，不過，目前，微成形技術(shù)也還存在問題，需要進(jìn)一步研究。

1.微成形工藝系統(tǒng)

和傳統(tǒng)的成形工藝一樣，微成形工藝系統(tǒng)也由材料、成形過程、工模具、設(shè)備（包括工裝）四部分構(gòu)成，見圖1。在微成形加工中同樣需要考慮工模具的設(shè)計、工藝參數(shù)的優(yōu)化、材料的磨損及處理等問題，但其主要特點卻是由微小尺寸引起的微觀尺度效應(yīng)決定的。簡言之，就是不能把宏觀工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、物理參數(shù)簡單地按幾何比例縮小應(yīng)用到微成形過程中，因為微型化的影響波及整個工藝系統(tǒng)的各個方面。材料方面的影響主要表現(xiàn)在成形過程中的流動應(yīng)力、各向異性、延伸率及成形極限等方面，這些都與材料的微觀晶體粒度及產(chǎn)品的微小結(jié)構(gòu)有關(guān)；對材料的影響進(jìn)一步波及到具體的工藝過程，成形力、摩擦、回彈、毛刺以及制品精度等都表現(xiàn)出與宏觀工藝不同的特性，甚至在使用有限元程序分析模擬中也必須考慮這些影響；在工模具方面主要是制造問題，即如何制造出小尺寸、高精度、內(nèi)孔、外凸、復(fù)雜內(nèi)腔的成形部件；對設(shè)備和傳輸裝備而言主要是沖裁和傳輸速度問題，以每分鐘300沖次的速度沖制直徑不到015mm的小孔，而又必須在012s內(nèi)將其裝夾定位于下一步微米級精度的模具上將是極其困難的，微小零件與工裝的粘附作用更增加了操作過程的難度，可喜的是微機械的發(fā)展已經(jīng)開始解決這一問題；此外，產(chǎn)品的微型化也帶來精度控制方面的難度，相關(guān)的測量手段也必須發(fā)展，且加工場地也有特殊要求。

2.微成形的主要研究問題和關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)過各國學(xué)者數(shù)十年的研究和實驗，微成形技術(shù)已得到一定的發(fā)展，取得了一些矚目的成果。但要把該技術(shù)應(yīng)用到實際工業(yè)生產(chǎn)中，還有一系列問題和技術(shù)需要得到解決。

2.1.微成形材料

在微尺寸下，材料的各種性質(zhì)發(fā)生了變化，不能再用宏觀下的理論模型來解釋微成形過程中材料的變化。因此，需要通過實驗來研究微成形過程中材料晶粒、表面晶粒與內(nèi)部晶粒尺寸，以及材料各向異性等性質(zhì)的影響，建立微成形中的理論模型。

2.2.微模具的制造

雖然目前已經(jīng)成功研制出了一些微模具，但是微模具的制造仍是制約微成形技術(shù)發(fā)展的一個重要因素。因為實在難以創(chuàng)建那么小的加工輪廓線，特別是要求光順飽滿表面質(zhì)量的擠出模更難制造。另外這還跟加工機器的微型化有緊密的聯(lián)系。在傳統(tǒng)加工中可以忽略的車床零部件之間的間隙和齒輪間的間隙可能會嚴(yán)重影響零件生產(chǎn)的精密性。

2.3.檢測裝置

微成形技術(shù)對檢測技術(shù)的發(fā)展也是一個極大的挑戰(zhàn)。現(xiàn)代檢測技術(shù)都十分復(fù)雜，如何高效、準(zhǔn)確的檢測微成形中的變化量是微成形技術(shù)的又一個研究方向。

2.4.工作、存放環(huán)境

如此小的尺寸和微米級的公差對零件的加工和存放環(huán)境也提出了很高的要求。這又是對微成形技術(shù)經(jīng)濟性的一個重大考驗。

3.微細(xì)電火花加工技術(shù)

3.1.概述

微細(xì)電火花加工是在絕緣的工作液中，通過工具電極和工件間脈沖放電產(chǎn)生的瞬時、局部高溫來熔化和汽化金屬的加工技術(shù)，電火花加工過程見圖2。電極和工件都置于絕緣介質(zhì)中。當(dāng)電脈沖加載工件和電極時（圖1a），電子和離子分別向陽極和陰極移動，導(dǎo)致電極和工件間的絕緣層擊穿目前，微細(xì)電火花加工技術(shù)根據(jù)電極形式，可分為微細(xì)線切割、微細(xì)成形和微細(xì)輪廓加工3種方式。微細(xì)線切割采用20 μm或30 μm的鎢絲或其合金，從金屬薄板上加工切割微細(xì)零件。這種方式的優(yōu)點是以少量的材料去除，直接加工微細(xì)零件。缺點是被加工形狀的最小半徑受細(xì)線的直徑限制，加工中空形狀時，細(xì)線穿孔難度大；為保障加工中不產(chǎn)生斷裂，對細(xì)線的張力和加工狀態(tài)控制要求很高。微細(xì)成形電火花加工是采用微細(xì)成形電極在微細(xì)電火花加工機床上，通過檢測加工狀態(tài)，調(diào)整電極與工件間的間隙，將微細(xì)成形電極的形狀拷貝在工件上。這種方法的關(guān)鍵點是微細(xì)成形電極的制備，通常采用LIGA技術(shù)或類似方法制作微細(xì)電極。這種方法可一次性加工多個微細(xì)性形狀。 微細(xì)輪廓加工是采用單純形狀電極，如圓形或方形電極，通過控制其加工軌跡，完成微細(xì)形狀的加工。

3.2.LIGA加工技術(shù)

3.2.1.概述

LIGA是德文Lithographie（深度X射線刻蝕）、Galvanformug（電鑄成形）、Abformug（塑料鑄模）的縮寫，即將深度X射線刻蝕、電鑄成形和塑料鑄模等技術(shù)結(jié)合起來的微加工技術(shù)，它最大的特點是能加工高深寬比的微結(jié)構(gòu)3.2.1.1.利用同步輻射X射線（射線來自同步加速器，波長大約為0.1——1 nm ），通過掩模板對固定于金屬基底上的厚度可達(dá)幾百微米的X射線抗蝕劑層進(jìn)行曝光；

3.2.1.2.將其顯影制成初級模板；

3.2.1.3.將所需金屬電鑄在初級模板光刻膠圖形的空隙里，直至金屬填滿整個光刻膠圖形的空隙中，直到將光刻膠浮雕完全覆蓋；

3.2.1.4.對抗蝕劑形成的初級模板進(jìn)行腐蝕剝離，得到金屬微觀結(jié)構(gòu)；

3.2.1.5.將電鑄制成的金屬微觀結(jié)構(gòu)作為二級模板，將塑性材料注入二級模板的型腔，形成微型塑件，這時作為二級模板的金屬微觀結(jié)構(gòu)就是一個微型模具的型腔；

3.2.1.6.可用形成的微結(jié)構(gòu)塑件作為模板再進(jìn)行電鑄成形金屬部件，也可取出微結(jié)構(gòu)塑件作為得到的最終制品。

4.結(jié)束語

綜上所述，隨著我國科技的進(jìn)步，以及研究的深入，微成形技術(shù)將會取得更大的突破，微成形技術(shù)將會朝著更加科學(xué)的方向發(fā)展，高品質(zhì)、高效率生產(chǎn)將成為可能。

參考文獻(xiàn)：

[1]岳燦甫.金屬粉末激光微成形實驗的研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2010.

[2]耿艷青，譚險峰.微塑性成形技術(shù)的研究進(jìn)展[J].熱加工工藝，2012，01.