[发明专利]一种金属表面微凸起模具的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属表面微凸起模具的制备方法，该方法对于模具图形的制备，采用激光加工的方式在工具电极上进行微凹坑图形的制备；对于金属表面微凸起的制备，采用精密电火花成形的加工方式，通过利用电火花成形反刻原理，实现图形的精确转移。本发明结合激光加工和精密电火花成形加工技术的优势，实现了在金属表面进行微凸起的制备。该技术中的激光加工不仅可以实现毫米级图形的制备，还可以实现微米级图形的制备。相比微机械切削加工，激光加工可以实现各种复杂图形的制备，加工效率高，成本低。该技术中的精密电火花成形加工不仅可以加工任意高硬度，高强度的导电材料，还能实现材料表面微米级的反刻制备。该复合加工技术制备的微凸起模具，可以应用在各个方面，如：可以进行表面织构的制备，相比那些光学、电化学等表面织构的制备方法，通过该模具头制备的表面织构不仅效率高，成本低，还操作简单，绿色环保。

技术领域

本发明涉及到一种模具技术领域，特别是涉及一种金属表面微凸起模具的制备方法。

背景技术

目前，微型化模具产品的研究和应用已经呈现出势不可挡的趋势，尤其是在微机电系统、航空航天、通讯与电子技术、精密仪器与机械、生物和医疗器械等领域。微结构复杂化、高功能化的发展趋势，使其必将成为未来先进制造业的核心技术。

在微型模具产品中有各种各样不同材质的微模具，如：塑料、陶瓷、各种非金属和金属材料等；尤其是在金属材料表面上进行微模具的制作，其应用最为广泛，但由于有些金属材料硬度很高，很难进行微加工制造，这就大大限制了其超硬材料在微模具方面的应用。

目前，在金属材料表面上进行微模具的制造，通常是在其金属材料表面形成各种复杂或简单的微凹坑或微凸起形状。大部分学者对微凹坑的制备方法研究相对较多，如：光学表面加工法、机械表面加工方法、化学表面加工方法、光刻—掩膜电解加工工艺、电火花加工技术、超声加工技术等等。

在金属材料表面进行微凸起的制备方法研究相对较少，有一些加工方法也能进行微凸起的制备，但都存在着各种缺点或一定的局限性，目前微凸起的制备方法有如下几种：

1.超精密机械加工，使用不同类型的微小刀具在金属材料上进行微切削或微铣削，对于超硬金属材料进行微加工时，刀具需要具有比工件更高的硬度，这对刀具具有很高的要求，从而增大了刀具的制造难度和加工成本，同时加工效率也大大降低。

2.光刻—掩膜电解加工，该技术先将需要制备的微凸起形貌图案印制在涂有光刻胶的试件表面，再通过电解工艺去除试件表面光刻胶未覆盖区域的材料，该工艺具有加工表面无应力、变形及热影响区等特点。但电解加工影响因素多，技术难度高，电解液对设备、工装有腐蚀作用，电解产物的处理和回收困难，不利于环保。

3.电火花加工，是利用浸没在绝缘工作液中的工具电极与工件之间脉冲性火花放电时引起的电蚀现象来实现对工件上多余导电材料去除的加工技术。电火花加工时材料的去除机理主要是依靠火花放电产生的电热效应，因此它的加工对象几乎不受材料机械加工性能(硬度、强度、脆性等)的限制，只与材料本身的导电性和热特性(电阻率、熔点、热导率等)有关。利用电火花加工表面时，工具电极的形状和结构决定了最终加工出微织构的形貌。因此，工具电极的制作是其中的关键环节，一些工具电极的制作经常是利用精密机械加工，但对于不同材料的工具电极需要不同类型的加工刀具，这使一些其他材料的工具电极受到了一定的局限性。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出了一种金属表面微凸起模具的制备方法，通过利用激光打标机和电火花成形机复合加工的方式，实现了在金属表面进行微凸起的制备。

本发明采用的技术方案，一种金属表面微凸起模具的制备，其步骤包括：

(1)对于模具图形的制备，采用激光加工的方式在工具电极上进行微凹坑图形的制备；

(2)对于金属表面微凸起的制备，采用精密电火花成形的加工方式，通过利用电火花成形反刻原理，实现图形的精确转移。