平面模具表面微觀結(jié)構(gòu)特征的制備方法
【專利摘要】一種模具制造【技術(shù)領(lǐng)域】的平面模具表面微觀結(jié)構(gòu)特征的制備方法，首先制備具有平面特征的塑性成形用模具，對該模具進(jìn)行強(qiáng)化熱處理，并對模具工作平面進(jìn)行研磨拋光；然后在所述模具工作平面上設(shè)置柵格陣列并采用磁控濺射方式進(jìn)行涂層，使該模具工作平面上未被柵格遮擋的部分形成強(qiáng)化涂層，從而在模具平面上獲得由柵格形狀與尺寸決定的微觀結(jié)構(gòu)特征。本發(fā)明既改善了塑性成形過程中的模具潤滑效果也進(jìn)一步提高了模具強(qiáng)度，同時(shí)可以方便地實(shí)現(xiàn)大面積特征的快捷制造。
【專利說明】平面模具表面微觀結(jié)構(gòu)特征的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種模具制造【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體是一種平面模具表面微觀結(jié)構(gòu)特征的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)摩擦學(xué)基本理論，若在摩擦副表面形成微形凹坑，此陣列式微凹坑，一方面可以擴(kuò)大實(shí)際接觸面積，提高對潤滑劑的吸附能力；另一方面則可以為潤滑劑提高更多儲存空間，微凹坑中儲存的潤滑劑可在接觸表面間產(chǎn)生流體潤滑膜，從而充分利用兩相對運(yùn)動表面擠壓和流體動力的聯(lián)合作用來改善潤滑狀況，附有規(guī)則微凹坑的表面形貌對流體潤滑具有非常重要的影響。金屬塑性成形中，摩擦與潤滑是重要的工藝條件，尤其是大變形過程。較差的摩擦與潤滑條件，容易形成充填不滿、成形力過大、表面質(zhì)量不佳等成形缺陷，甚至導(dǎo)致工藝失敗。改變模具表面微觀結(jié)構(gòu)特征是改善塑性成形潤滑狀況的重要手段之一，越來越受到學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的重視，因此，如何獲得具有微觀結(jié)構(gòu)特征的模具表面具有重要的實(shí)際意義。
[0003]目前，表面微細(xì)加工技術(shù)主要有光刻、LIGA、微細(xì)電加工、激光微細(xì)加工與刻蝕等。一般的光刻工藝主要包括硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘與刻蝕等工序，該工藝主要用于半導(dǎo)體器件制造，不適用于金屬模具。LIGA由德國學(xué)者于1982年首次提出的一種微細(xì)加工技術(shù)，包括X光深度同步輻射光刻，電鑄制模和注模復(fù)制等過程，其工藝流程為:福射一顯影一電鑄一剝模一充模一脫模一電鑄，該技術(shù)由于需要使用昂貴的同步X射線發(fā)生器作為光源，所以成本非常高；為降低成本，后來出現(xiàn)了準(zhǔn)LIGA和UV-LIGA等變形技術(shù)，但是LIGA技術(shù)通過鑄造沉積獲得微特征，其強(qiáng)度不能滿足塑性成形用模具的表面要求。刻蝕技術(shù)，無論是化學(xué)刻蝕還是等離子刻蝕，目前的研究與應(yīng)用對象多為有色金屬；微細(xì)電加工技術(shù)，需要設(shè)計(jì)制造微細(xì)電極，而微細(xì)電極本身需要更為可控微細(xì)加工技術(shù)來完成；激光微細(xì)加工技術(shù)，雖然擺脫微細(xì)電極的限制，但是其加工過程是相對較為耗時(shí)?？涛g、微細(xì)電加工與激光微細(xì)加工技術(shù)，若用于模具表面微特征制造，均屬于材料去除技術(shù)，實(shí)際上很有可能在模具表面形成微裂紋源，減低塑性大變形金屬模具的使用壽命。
[0004]此外，上述現(xiàn)有技術(shù)，致力于服務(wù)MEMS系統(tǒng)，以更加細(xì)微的特征為目標(biāo)，對于大面積模具表面特征的應(yīng)用還是相當(dāng)困難的，制造周期與成本難以控制。
[0005]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN102703874，
【公開日】2014_01_08，記載了一種鎂合金表面磁控濺射沉積鉭膜的制備方法，它涉及鎂合金表面鉭膜的制備方法，該技術(shù)要解決現(xiàn)有的鎂合金表面改性技術(shù)中存在的鎂合金與涂層或膜層間結(jié)合力較差、膜層可降解性差、膜層耐磨性差和膜層生物相容性差的問題。該技術(shù)通過如下步驟來實(shí)現(xiàn):一、試樣的清洗；二、鍍膜前的準(zhǔn)備；三、鍍膜。但是，該技術(shù)是針對鎂合金基體材料，在其表面形成致密的鉭及坦復(fù)合模，并沒有形成具有微觀結(jié)構(gòu)特征表面。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種平面模具表面微觀結(jié)構(gòu)特征的制備方法，在高強(qiáng)度金屬模具表面形成微結(jié)構(gòu)特征，改善塑性成形過程中的模具潤滑效果并進(jìn)一步提高模具強(qiáng)度，同時(shí)可以方便地實(shí)現(xiàn)大面積特征的快捷制造。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明首先制備具有平面特征的塑性成形用模具，對該模具進(jìn)行強(qiáng)化熱處理，并對模具工作平面進(jìn)行研磨拋光；然后在所述模具工作平面上設(shè)置柵格陣列并采用磁控濺射方式進(jìn)行涂層，使該模具工作平面上未被柵格遮擋的部分形成強(qiáng)化涂層，從而在模具平面上獲得由柵格形狀與尺寸決定的微觀結(jié)構(gòu)特征。
[0008]所述的強(qiáng)化熱處理是指淬火處理、回火處理或深冷處理中的一種或多種，使得模具的表面硬度> 58HRC，以保證模具基體的強(qiáng)度。
[0009]所述的研磨拋光是指使得模具的表面粗糙度值Ra ( 0.15。
[0010]所述的柵格陣列是指:采用不銹鋼鐵絲交叉編織形成規(guī)則間隙的均勻的柵格。
[0011]所述的不銹鋼鐵絲的直徑為25-100微米。
[0012]所述的規(guī)則間隙為邊長26-150微米的正方形。
[0013]所述的柵格的整體形狀為正方形，該正方形的邊長為工作表面的外形尺寸的
1.2-1.5 倍。
[0014]所述的涂層的材料包括:TiN、TiC、TiCN、ZrN、CrN、TiAIN、TiAlCN和 DLC。
技術(shù)效果
[0015]1、與現(xiàn)有微細(xì)加工技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):①實(shí)現(xiàn)大面積金屬模具表面的微特征加工；②加工過程方便快捷，易組織批量實(shí)際生產(chǎn)屬于增材制造，加工所得表面微特征，可以增加模具強(qiáng)度，延長模具壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明流程圖；
[0017]圖2是柵格的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是實(shí)施例1圓形平面模具不銹鋼柵格固定示意圖；
[0019]圖4是實(shí)施例2正方形平面模具不銹鋼柵格固定示意圖；
[0020]圖5是實(shí)施例3 二角形平面模具不鎊鋼柵格固定不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0022]如圖1所示，本實(shí)施例的具體步驟為:
[0023]1、根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)并加工具有圓形平面特征的模具3 ；
[0024]2、對平面模具3進(jìn)行淬火以及多次回火處理，使其表面硬度為58HRC ；
[0025]3、對模具3工作平面進(jìn)行研磨拋光，使其表面粗糙度值為Ra0.15 ；
[0026]4、如圖2所示，準(zhǔn)備不銹鋼柵格2，采用30微米直徑的不銹鋼絲，相互交叉編織，形成具有規(guī)則間隙34微米的均勻柵格2，整體成正方形，其大小完全覆蓋模具3工作表面，正方形邊長應(yīng)大于模具3工作表面最大尺寸的1.2倍。
[0027]5、如圖3所示，將不銹鋼柵格2鋪在模具3工作平面上，并利用夾具與磁鐵I固定，使不銹鋼柵格2緊貼模具3表面；
[0028]6、利用磁控濺射技術(shù)對覆蓋有不銹鋼柵格2的模具3表面進(jìn)行涂層，涂層材料為TiN ；
[0029]7、取走不銹鋼柵格2，不銹鋼柵格2遮擋部分沒有涂層，未遮擋部分自然形成強(qiáng)化涂層，涂層厚度屬于微米級，從而在模具3表面獲得為特征。
實(shí)施例2
[0030]本實(shí)施例的具體步驟為:
[0031]1、根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)并加工具有圓形平面特征的模具3 ；
[0032]2、對平面模具3進(jìn)行淬火處理，使其表面硬度為60HRC ；
[0033]3、對模具3工作平面進(jìn)行研磨拋光，使其表面粗糙度值為Ra0.10 ；
[0034]4、準(zhǔn)備不銹鋼柵格2，采用30微米直徑的不銹鋼絲，相互交叉編織，形成具有規(guī)則間隙43微米的均勻柵格2，整體成正方形，其大小完全覆蓋模具3工作表面，正方形邊長應(yīng)大于模具3工作表面最大尺寸的1.2倍。
[0035]5、如圖4所示，將不銹鋼柵格2鋪在模具3工作平面上，并利用夾具與磁鐵I固定，使不銹鋼柵格2緊貼模具3表面；
[0036]6、利用磁控濺射技術(shù)對覆蓋有不銹鋼柵格2的模具3表面進(jìn)行涂層，涂層材料為TiAlN ；
[0037]7、取走不銹鋼柵格2，不銹鋼柵格2遮擋部分沒有涂層，未遮擋部分自然形成強(qiáng)化涂層，涂層厚度屬于微米級，從而在模具3表面獲得為特征。
實(shí)施例3
[0038]本實(shí)施例的具體步驟為:
[0039]1、根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)并加工具有圓形平面特征的模具3 ；
[0040]2、對平面模具3進(jìn)行淬火以及深冷處理，使其表面硬度為60HRC ；
[0041]3、對模具3工作平面進(jìn)行研磨拋光，使其表面粗糙度值為Ra0.10 ；
[0042]4、準(zhǔn)備不銹鋼柵格2，采用40微米直徑的不銹鋼絲，相互交叉編織，形成具有規(guī)則間隙45微米的均勻柵格2，整體成正方形，其大小完全覆蓋模具3工作表面，正方形邊長應(yīng)大于模具3工作表面最大尺寸的1.5倍。
[0043]5、如圖5所示，將不銹鋼柵格2鋪在模具3工作平面上，并利用夾具與磁鐵I固定，使不銹鋼柵格2緊貼模具3表面；
[0044]6、利用磁控濺射技術(shù)對覆蓋有不銹鋼柵格2的模具3表面進(jìn)行涂層，涂層材料為DLC ；
[0045]7、取走不銹鋼柵格2，不銹鋼柵格2遮擋部分沒有涂層，未遮擋部分自然形成強(qiáng)化涂層，涂層厚度屬于微米級，從而在模具3表面獲得為特征。
【權(quán)利要求】
1.一種平面模具表面微觀結(jié)構(gòu)特征的制備方法，其特征在于，首先制備具有平面特征的塑性成形用模具，對該模具進(jìn)行強(qiáng)化熱處理，并對模具工作平面進(jìn)行研磨拋光；然后在所述模具工作平面上設(shè)置柵格陣列并采用磁控濺射方式進(jìn)行涂層，使該模具工作平面上未被柵格遮擋的部分形成強(qiáng)化涂層，從而在模具平面上獲得由柵格形狀與尺寸決定的微觀結(jié)構(gòu)特征； 所述的柵格陣列是指:采用不銹鋼鐵絲交叉編織形成規(guī)則間隙的均勻的柵格。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的強(qiáng)化熱處理是指淬火處理、回火處理或深冷處理中的一種或多種，使得模具的表面硬度> 58HRC，以保證模具基體的強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的研磨拋光是指使得模具的表面粗糙度值Ra ^ 0.15ο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述的不銹鋼鐵絲的直徑為25-100微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述的規(guī)則間隙為邊長26-150微米的正方形。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，所述的柵格的整體形狀為正方形，該正方形的邊長為工作表面的外形尺寸的1.2-1.5倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述的涂層的材料包括:TiN、TiC、TiCN、ZrN, CrN, TiAIN、Ti AlCN 和 DLC。
【文檔編號】C23C14/04GK103789740SQ201410056753
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】胡成亮, 趙震 申請人:上海交通大學(xué)