CN103341540B - 一种微结构表面辊压成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微结构辊压成形装置及方法。包括一个机架、至少一个成形辊系、间距调节机构、驱动机构、加温传送装置以及冷却装置。成形辊系、调节辊间隙机构、驱动机构以及加温传送装置全部装配在机架上；所述的成形辊系包括至少一个柔性材料包覆辊、微结构辊以及一个刚性洁面光辊，所述成形辊系中的微结构辊与柔性材料包覆辊紧密接触，与刚性洁面光辊保持间距。该装置在板材表面利用微结构辊辊压成形微结构，以提高成形效率和成形精度，基于该装置的成形方法包括了清污、预热、调整辊间距、温辊压成形及冷却和形貌检测。所述的冷却和形貌检测是使板材表面残余应力得到释放，并通过形貌检测保证微结构的成形质量。

Description

一种微结构表面辊压成形装置及方法

技术领域

本发明涉及一种微结构表面辊压成形装置及方法，用于成形微结构表面的塑性成形方法，属于机械工程领域。

背景技术

微结构在航空航天、高速列车以及水面舰艇等领域将发挥非常重要的作用，目前，在板材表面加工微结构的主要方式是采用机械切削加工的方式，例如采用铣和磨的加工方式，对于小部件而言，采用机械切削加工的方式尚可，但如果对于较大的表面采用铣或磨的加工方式，其不但效率低下，而且由于磨损等原因，微结构的成形精度也随之降低。

本发明专利依据中国专利公开号103111502A，名称为一种微结构表面塑性成形组合辊为基础，使其技术在本专利中得到应用，本专利是已公开中国专利公开号103111502A的后续专利。本专利的技术的特点是生产效率高，主要体现在一次制辊，可以多次生产，同时通过制造超大辊，实现大宽度和无限长度的大型表面微结构加工，其次，成形对于环境影响小，因为辊压成形的变形过程具有静压，无冲击，振动小的特点，而且材料消耗小，且可以实现自动化生产。

检索国内外专利发现，中国专利公开号102806660A，名称为基于卷对卷热辊压聚合物薄膜表面微结构加工装置及方法，该装置及方法，包括：放卷，预热，热辊压，保形，冷却及收卷六个阶段。所述的放卷阶段，是将聚合物薄膜从卷材中连续抽出，除去薄膜表面静电。聚合物薄膜经过所述预热阶段后，加热至其玻璃转变温度以下，为所述的热辊压阶段准备。通过对版辊进行局部加热处理，仅压印表面升温至玻璃转变温度以上，对预热后的薄膜辊压成形。所述的保形阶段使辊压成形后的薄膜仍与版辊表面紧密贴合，使其充分变形。将冷却与保形同时作用于成形后的薄膜，使表面微细结构迅速固化，减少回弹；另外中国专利公开号102560564A，名称为一种深离子反应刻蚀结合辊压制备全金属微结构的方法，该加工方法，首先在基片表面依次涂一层聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）和一层含硅的聚氨酯丙烯酸酯（ＰＵＡ），然后利用自制的辊压装置在ＰＵＡ层上辊压形成一个比较浅的沟槽，脱模后，先用ＳＦ6和Ｏ2的混合气体作为工作气体进行离子反应刻蚀，直至把沟槽里的ＰＵＡ刻蚀掉，再单独用Ｏ2作为工作气体对ＰＭＭＡ层进行离子刻蚀，直至把沟槽里的ＰＭＭＡ层刻蚀掉，最后是微电铸、去胶、成型。本发明方法易于实现大面积和重复性生产，并能有效缩短加工周期、降低加工成本。又中国专利公开号100575243，名称为柔性基宏电子制造中微结构的大面积逆辊压印方法，该方法采用逆辊压印技术和相应的套印对准工艺、紫外固化工艺，在镀有ＩＴＯ薄膜的柔性塑料薄膜上制作出大面积的宏电子器件所需的三维功能性微结构。该方法消除了常规压印产生的留膜，从而免除了留膜处理所需要的附加工艺；同时，该方法所需压印力小，可有效降低薄膜基材的面内变形，减少了应力集中；并且在电子功能材料中加入光固化剂，使用冷紫外光源进行固化，减小了柔性材料的热变形。该方法适用于可展卷大幅面显示器、电子纸、ＯＬＥＤ、薄膜ＲＦＩＤ、柔性太阳能帆、便携式ｘ射线成像仪、便携式雷达、太空太阳能供电系统和天线装置、附着于任意三维结构表面的机电智能蒙皮等宏电子系统的制造。

但是以上所检索的专利，虽然技术上都是利用了辊压的成形方法，但是与本专利的装置相差较远，主要表现在结构不同，加工方式不同，加工的原材料不同，同时加工的方法不同。

发明内容

本发明提供一种微结构表面辊压成形装置及方法，其目的在于为微结构表面加工提供一种装置和成形方法，在板材表面利用带有微结构的辊压成形微结构表面，有利于提高成形效率和成形精度，实现批量化生产，降低加工成工。

本发明的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：

一种微结构表面辊压成形装置，包括一个机架1、至少一个成形辊系2、间距调节机构3、驱动机构4、加温传送装置5以及冷却装置6，其特征在于，所述的成形辊系2、间距调节机构3、驱动机构4以及加温传送装置5全部装配在机架1上；所述的成形辊系2包括至少一个柔性材料包覆辊7、微结构辊8以及一个刚性洁面光辊9；所述成形辊系2中的微结构辊8与柔性材料包覆辊7紧密接触，与刚性洁面光辊9保持间距。

所述微结构辊8与刚性洁面光辊9的间距大小通过间距调节机构3下压柔性材料包覆辊7进行调节。

所述柔性材料包覆辊7的包覆材料为耐热材料构成。

所述加温传送装置5包括加热机构10、温度检测装置11、板材上传送多辊机构12和板材下传送多辊机构13；加温传送装置5安装在微结构辊与刚性洁面光辊间隙的进口端；温度检测装置11输出信号控制加热机构10的开与关。

所述微结构辊8和刚性洁面光辊9分别具有空心结构，在空心结构内部安装有加热机构10，在辊表面设有温度检测装置11。

所述的驱动机构4与刚性洁面光辊9连接，驱动装置工作频次受间距调节机构3释放的信号控制。

一种用于微结构表面辊压成形装置进行加工的方法，其特征在于，该方法包含以下几个步骤：

（1）清污

将待加工板材的表面进行清理，去除油污和保持清洁，去除边界的毛刺，并且对板材进行校直处理；

（2）预热

启动微结构辊8、刚性洁面光辊9以及加温传送装置5的加热机构10，且将板材15放置在加温传送装置5上预热，通过温度检测装置11进行温度控制；

（3）调整辊间距

通过调节间距调节机构3将力加载到柔性材料包覆辊7上，通过柔性材料包覆辊7将力传递给微结构辊8，进而调整微结构辊8与刚性洁面光辊9的间距；

（4）温辊压成形

通过加温传送装置5将板材送入微结构辊8与刚性洁面光辊9间隙入口，此时转动刚性洁面光辊9，板材进入间隙后，构成微结构成形区，实现板材微结构表面连续成形；

（5）冷却和形貌检测

板材进行自然冷却后对其形貌进行检测。

所述板材微结构表面特征的尺寸在1-1000μm之间。

所述的微结构辊与刚性洁面光辊的间隙在0.5-20mm之间，板材包含了铝、镁、铜及其相关的合金材料。

通过本发明，可以连续高效的在板材上加工微结构表面，可以根据客户需求实现不同微结构加工，同时可以实现在大型板材表面批量化的高效加工微结构，节约加工成本。

附图说明

图1是微结构表面辊压成形装置示意图；

图2是微结构表面辊压成形装置侧视图；

图3是微结构表面辊压成形装置俯视图；

图4是内部带有加热装置的洁面光辊或微结构辊示意图

图5是成形辊系布置示意图。

图中：1-机架 2-成形辊系，3-间距调节机构，4-驱动机构，5-加温传送装置，6-冷却装置，7-柔性材料包覆辊，8-微结构辊，9-洁面光辊，10-加热机构，11-温度检测装置，12-板材上传送多辊机构，13-板材下传送多辊机构，14-液压缸15-板材

4-驱动机构

具体实施方式

下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容及其工作过程。

参阅图1所示，一种微结构表面辊压成形装置，包括一个机架1、至少一个成形辊系2、间距调节机构3、驱动机构4、加温传送装置5以及冷却装置6。所述的成形辊系2、间距调节机构3、驱动机构4以及加温传送装置5全部装配在机架1上；所述的成形辊系2包括至少一个柔性材料包覆辊7、微结构辊8以及一个刚性洁面光辊9；所述成形辊系2中的微结构辊8与柔性材料包覆辊7紧密接触，与刚性洁面光辊9保持间距。

所述微结构辊8与刚性洁面光辊9的间距大小通过间距调节机构3下压柔性材料包覆辊7进行调节。

所述柔性材料包覆辊7的包覆材料为耐热材料构成。

所述加温传送装置5包括加热机构10、温度检测装置11、板材上传送多辊机构12和板材下传送多辊机构13。加温传送装置5安装在微结构辊与刚性洁面光辊间隙的进口端；温度检测装置11输出信号控制电路用于加热机构10的开启与闭合。

所述微结构辊8和刚性洁面光辊9分别具有空心结构，在空心结构内部安装有加热机构10，在辊表面设有温度检测装置11。

所述的驱动机构4与刚性洁面光辊9连接，驱动装置工作频次受间距调节机构3释放的信号控制。

使用本发明的装置进行加工的方法，包括清污、预热、调整辊间距、温辊压成形及冷却和形貌检测五个步骤：

（1）清污：将待加工板材的表面进行清理，去除油污和保持清洁，去除边界的毛刺，并且对板材进行校直处理；

（2）预热：启动微结构辊8、刚性洁面光辊9以及加温传送装置5的加热机构10，且将板材15放置在加温传送装置5上预热，通过温度检测装置11进行温度控制；

（3）调整辊间距：通过调节辊间隙机构3将力加载到柔性材料包覆辊7上，通过柔性材料包覆辊7将力传递给微结构辊8，调整微结构辊8与刚性洁面光辊9的间隙；

（4）温辊压成形：通过加温传送装置5将板材送入微结构辊8与刚性洁面光辊9间隙入口，此时转动刚性洁面光辊9，板材进入间隙后，构成微结构成形区，实现板材微结构表面连续成形；

（5）冷却和形貌检测：板材进行自然冷却后对其形貌进行检测。

上述板材微结构表面特征的尺寸在1-1000μm之间，微结构辊与刚性洁面光辊的间隙在0.5-20mm之间，板材包含了铝、镁、铜及其相关的合金材料。

参考图2给出微结构表面辊压成形装置侧视图，通过调整液压缸14使加温传送装置5的板材上传送多辊机构12上或下移，使板材在加温传送装置5的板材上传送多辊机构12和板材下传送多辊机构13的夹持下，运送到微结构辊8与刚性洁面光辊9间隙中，通过转动刚性洁面光辊9实现板材被咬入，继续旋转刚性洁面光辊9，实现板材微结构表面连续进行；同时在出口端放置有冷却传送装置6，不仅实现板材的冷却同时在其传输过程中实现板材微结构表面的检测。

参考图3是微结构表面辊压成形装置俯视图，间距调节机构3放置在柔性材料包覆辊7的两端。

参考图4给出了成形辊系布置示意图，柔性材料包覆辊7、微结构辊8以及洁面光辊9依次序自上而下垂直布置，通过间距调节机构3迫使柔性材料包覆辊7下压微结构辊8，实现微结构辊8与洁面光辊9间距减小；反之，通过间距调节机构3迫使柔性材料包覆辊上移，实现微结构辊与洁面光辊间距增大。

参考图5是内部带有加热机构的洁面光辊或微结构辊示意图，其加热机构10温度升高和降低通过温度检测装置11控制。

很明显，以上描述以及附图中所示的内容均应被理解为是示例性的，而并非意味着对本发明的限制。对于本领域的技术人员来讲，显然可以在本发明的基础上将柔性材料包覆辊、微结构辊以及刚性洁面光辊的进行不同顺序布置，尽管说明书中只给出了一种布置形式作为示范性例子，对于本领域的技术人员来说，可以选择一个或更多数量的柔性材料包覆辊、微结构辊和刚性洁面光辊，等等。显然，这些变形或修改均应包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种微结构表面辊压成形装置，由一个机架(1)、至少一个成形辊系(2)、间距调节机构(3)、驱动机构(4)、加温传送装置(5)和冷却装置(6)组成，其特征在于：

所述的成形辊系(2)、间距调节机构(3)、驱动机构(4)以及加温传送装置(5)全部装配在机架(1)上；所述的成形辊系(2)至少由一个柔性材料包覆辊(7)、微结构辊(8)和一个刚性洁面光辊(9)组成；所述成形辊系(2)中的微结构辊(8)与柔性材料包覆辊(7)紧密接触，与刚性洁面光辊(9)保持间距；所述微结构辊(8)与刚性洁面光辊(9)的间距大小通过间距调节机构(3)下压柔性材料包覆辊(7)进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种微结构表面辊压成形装置，其特征在于：

所述加温传送装置(5)由加热机构(10)、温度检测装置(11)、板材上传送多辊机构(12)和板材下传送多辊机构(13)组成，加温传送装置(5)安装在微结构辊(8)与刚性洁面光辊(9)间隙的进口端；温度检测装置(11)输出信号控制加热机构(10)的开与关。

3.根据权利要求1所述的一种微结构表面辊压成形装置，其特征在于：

所述微结构辊(8)和刚性洁面光辊(9)分别具有空心结构，在空心结构内部安装有加热机构(10)，在辊表面设有温度检测装置(11)。

4.根据权利要求1所述的一种微结构表面辊压成形装置，其特征在于：

所述的驱动机构(4)与刚性洁面光辊(9)连接，驱动装置工作频次受间距调节机构(3)释放的信号控制。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种微结构表面辊压成形装置，其特征在于：

所述柔性材料包覆辊(7)的包覆材料为耐热材料构成。

6.一种使用权利要求1所述的一种微结构表面辊压成形装置进行加工的方法，其特征在于：

该方法包含以下几个步骤：

步骤一，清污

将待加工板材的表面进行清理，去除油污和保持清洁，去除边界的毛刺，并且对板材进行校直处理；

步骤二，预热

启动微结构辊(8)、刚性洁面光辊(9)以及加温传送装置(5)的加热机构(10)，且将板材(15)放置在加温传送装置(5)上预热，通过温度检测装置(11)进行温度控制；

步骤三，调整辊间距

通过调节间距调节机构(3)将力加载到柔性材料包覆辊(7)上，通过柔性材料包覆辊(7)将力传递给微结构辊(8)，从而调整微结构辊(8)与刚性洁面光辊(9)的间距；

步骤4，温辊压成形

通过加温传送装置(5)将板材送入微结构辊(8)与刚性洁面光辊(9)间隙入口，此时转动刚性洁面光辊(9)，板材进入间隙后，构成微结构成形区，实现板材微结构表面连续成形；

步骤五，冷却和形貌检测

板材进行自然冷却后对其形貌进行检测。

7.根据权利要求6所述的一种微结构表面辊压成形装置进行加工的方法，其特征在于：板材表面微结构特征的尺寸在1-1000μm之间。

8.根据权利要求6所述的一种微结构表面辊压成形装置进行加工的方法，其特征在于：微结构辊(8)与刚性洁面光辊(9)的间隙在0.5-20mm之间，板材(15)包含了铝、镁、铜及其相关的合金材料。