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微型零件的制造技术 |
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作者：上海交通大学塑性成形工程系 洪慎章 来源：雅式工业专网 |
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由于各种微型，高精密器械的需求，微型模具及时得到了发展。本文介绍了微型零件的应用实例及其制造方法。
在产品组合中，零件可按尺寸大小分为微型、小型、中型、大型及超大型五种。目前，中间尺寸零件，即小型、中型和大型的零件，通过各种加工方法基本上都能完成，至于其它两个极端的尺寸零件，即微型和超大型的零件，在加工成形、检验尺寸和传送运输方面都存在着各种各样的问题。越来越精密化的巿场趋势，对生产企业进一步提出了更高的技术要求。
微型零部件的应用实例
综合国内外资料报道，已在微机电、通信、电子、摄像机、医疗仪器及装置、宇航及军工等领域中，不断地从设计、试制，直到完成产品。微型零部件的应用介绍如下：
微型齿轮
直齿圆柱齿轮尺寸是：
模数：m = 0.2
齿数：z = 6
分度圆直径：d = m×z = 0.2×6 = 1.2mm
齿顶高：ha = m = 0.2mm
齿根高：hf = 1.25 m = 1.25×0.2 = 0.25mm
齿高：h = 2.25 m = 2.25×0.2 = 0.45mm
齿顶圆直径：da = m（z +2） =0.2（6+2） =1.6mm
齿根圆直径：df = m（z-2.5） = 0.2（6-2.5）= 0.7mm
图1 圆柱齿轮尺寸
直径 1 mm 微马达
图2所示为1mm微马达的照片，右边是一粒芝麻来作大小比较，旋转时最大转速为18,000 rpm，仅为12.5 mg 。
图2 微马达
直径 2 mm 微减速器
图3所示为2mm微减速器的照片，齿轮模数为 0.03，减速比为4.42。该减速器是目前国际上模数最小的行星齿轮减速器。
图3 微减速器（右为芝麻）
微型电脑密码锁
美国某国家实验室研制出由六个微细密码齿轮组成的微型电脑密谋锁，齿轮直径仅是300μm，齿轮是由电磁动力推动，外形尺寸（长、宽）为9mm×4mm，目前是世界上最小、最牢固的微型电脑密码锁。
微型汽车
图4所示为外形尺寸2 mm×2 mm×3mm （高、宽、长 ）的微型汽车照片，以2个直径2mm微马达作为驱动器，能负重170 mg行驶。
微型汽车
微型泵
图5所示为微型泵照片，用直径2mm微马达作为驱动源，最大流量达12.6 ml/min， 泵体直径为4 mm。
微型泵
微型摄影飞机
荷兰最新研制出世界上最小的微型摄影飞机，翼展长4英寸（10cm），重量仅3 g，它看上去更像是一只蜻蜓，尤其是拍打翅膀飞行时的样子。它可以携带微型摄影仪，将实时观测到视频景象传输到地面联络站。
微型直升飞机
图6所示为目前世界上重量最轻的微型直升机外形照片，右上角用一颗长生果来作大小比较，机长18mm，高度5mm，重量100mg，以二个直径作为2mm微马达作为驱动器，能离地垂直飞行。
图6 微型直升飞机
纳米眼球
它由纳米晶体制成的活性复合材料制作，可放置微型摄像机，集成电脑芯片，装在人体头脑上部，通过这两个部件将摄像信号转化成电脉冲来刺激大脑的振叶神经，完成实现可视功能。 当前，因单件制作的成本昂贵，若通过模具进行生产，其加工成本明显下降。
微型零件的制造方法
众所周知，我们在精密、复杂、组合、多功能复合模和高速多工位级进模，连续复合精冲模，高强度厚板精冲模，子午线轮胎活络模具等方面已有很大的进展和成就；对于航空航天、高速铁路、电子和通信、城巿轨道交通、船舶、导弹及火箭等领域要求的高温、高速、高压、高强度、高韧度、高耐磨性材料的新的成形工艺及模具制造也已有重大的突破。据国内外资料报道，微型零件的制造方法主要有：
微挤压成形法
20 世纪 90 年代出现了应用传统塑性加工工艺制备微型零件的微塑性成形技术，可用于生产至少在两维方向上尺寸处于1 mm以下的零件，利用这一技术制备的微型零件具有高精度、高生产效率、低成本、净成形等优点，并已大量应用于微电子、微机械等行业当中。因此，微塑性成形已成为微器件制造领域的关键技术。
微成形模具（见图7）主要由凸模与凹模组成。设计时借鉴了传统模具的设计方法，并结合微成形装置的尺寸和结构特点，在保证微成形模具具有足够强度的前提下，选择适合装置的模具尺寸。凹模与装置本体采用六角螺栓固定，为便于挤出件的退出，凹模采用横向分割式，即将凹模分为上半凹模与下半凹模，为避免挤出时材料流入两半凹模配合表面的间隙，应对两个配合表面进行磨光处理。通过改变凸模与凹模型腔的形状，尺寸及结构，还可以成形其他不同三维结构的微型零件，从而扩大成形系统的应用范围。
图7 微成形模具
微挤压成形作为一种近净成形技术，在难加工材料及复杂构件的加工中具有明显的优点。目前，国外对该技术的成形装置研究已取得了突破性的成果。
照相腐蚀法
因微米与纳米之间的零件尺寸，采用常规的机械加工方法是无法达到的，所以必需采用照相制板和化学腐蚀相结合的技术。即在模具型腔上均匀地喷涂上一层感光胶膜，胶膜经曝光后发生化学变化，感光后的胶膜非但不溶于水，而且还增强了耐蚀性，而未感光的胶膜能溶于水，经过水的清洗该部分金属就裸露而无保护，在腐蚀液的侵蚀下，就获得了所刻蚀的型腔。
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(10/20/2011) |
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