[发明专利]阵列微结构增量辊压成形装置及方法

说明书

本发明涉及一种阵列微结构增量辊压成形装置及方法，包括用以放置待成形目标件的工作台、用以给所述待成形目标件施加作用力以使其成形的工作辊、及用以驱动所述工作辊、以改变所述工作辊与所述待成形目标件的相对位置的驱动机构，所述工作辊朝向所述待成形目标件的一面设置有若干个微结构，所述微结构的高度依次递增或递减。通过在工作辊上设置有若干个微结构，微结构的高度依次递增或递减，以使得工作辊在与待成形目标件接触时，微结构逐个与待成型目标件接触，使得待成型目标件的局部一次成形时的塑性变形量较小，因而变形抗力较小，能够在较小的力条件下实现高深宽比、大面积阵列微结构的制备。

技术领域

本发明涉及一种阵列微结构增量辊压成形装置及方法，属于表面微结构低成本精密制造技术领域。

背景技术

大面积阵列微结构在传热、传质以及表面功能等方面具有特殊的性能，受到国内外学者和工业界人士的高度关注。比如，表面微沟槽等结构能够限制亚音速飞机壁面低速区小涡流生成和猝发的相关雷诺应力，从而降低摩擦阻力，并且该方法简单易行、不需额外增加重量，成为航空器减阻的主要途径之一。表面微结构主要采用刻蚀、压印、高能束以及机械去除加工等工艺方法制备，但存在效率低、成本高等不足。因而，近年来基于压印技术提出了表面微结构辊压成形工艺，具有连续生产、效率高、成本低等优势，受到国内外工业届人士的高度重视，并在手机屏幕表面微结构聚合物板导光板等制造领域获得了很好的应用。然而，在金属表面微结构制造时，由于金属材料变形抗力大，微结构辊必须采用高强度材料如热处理强化的合金钢，加工非常困难、成本高，大面阵列微结构辊加工更加困难，因此显著降低了加工难度；另一方面，大面积金属表面微结构辊压成形时，所需的成形力很大，尤其是一些难变形材料时，对设备等提出了更高要求。比如，辊会产生弯曲变形，板中心部分的微结构成形深度较小。传统的薄板成形时，一般通过增加支撑辊来减小工作辊的弯曲变形。但两者辊之间需要刚性接触，提高很大的支撑力，不适于微结构辊支撑，因为会破坏辊表面的微结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阵列微结构增量辊压成形装置及方法，其可显著降低成形力，提高成形微结构的高宽比。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种阵列微结构增量辊压成形装置，包括用以放置待成形目标件的工作台、用以给所述待成形目标件施加作用力以使其成形的工作辊、及用以驱动所述工作辊、以改变所述工作辊与所述待成形目标件的相对位置的驱动机构，所述工作辊朝向所述待成形目标件的一面设置有若干个微结构，所述微结构的高度依次递增或递减。

进一步地，每相邻两个所述微结构之间的高度差相同，每相邻两个所述微结构之间的间距相等。

进一步地，所述微结构为不平整面，所述不平整面为波浪形面、弧形面、斜坡形面及楔形面中的任一种。

进一步地，若干个所述微结构的纵长长度小于所述工作辊的纵长长度。

进一步地，所述工作辊具有用以约束所述待成形目标件的边缘部，所述边缘部的纵长长度范围为2-10mm。

进一步地，所述驱动机构包括与所述工作辊连接的高度调节组件、与所述高度调节组件连接的纵向调节组件及与所述纵向调节组件连接的横向调节组件。

进一步地，所述高度调节组件包括第一电机及用以将所述第一电机的旋转运动转换为直线运动的第一丝杠；所述纵向调节组件包括与所述第一电机连接的第一滑块、与所述第一滑块滑动配合的第一滑轨、用以驱动所述第一滑块沿所述第一滑轨滑动的第二电机及用以连接所述第二电机及第一滑块的第二丝杠；所述横向调节组件包括与所述第二电机连接的第二滑块、与所述第二滑块滑动配合的第二滑轨、用以驱动所述第二滑块沿所述第二滑轨滑动的第三电机及用以连接所述第三电机及第二滑块的第三丝杠，其中，所述第二滑轨与所述第一滑轨垂直设置。

进一步地，所述阵列微结构增量辊压成形装置还包括至少一个用以连接所述驱动机构与工作辊、以给所述工作辊刚性支撑力的支撑辊。