一种刻痕膜片模压、校形一体化成型装置

技术领域

本发明涉及刻痕膜片技术领域，尤其是指一种刻痕膜片模压、校形一体化成型装置。

背景技术

刻痕膜片是带有一定截面形状、一定规律分布的预制刻痕薄弱区域的薄板类构件。膜片材料通常有铝及其合金、铜及其合金、钛及其合金等任意塑性材料。刻痕膜片的作用类似于阀门的作用，在达到设计压力值时，膜片沿刻痕发生破裂，使得膜片两侧导通，起到控制流体导通的目的，在锂电池防爆泄压、发动机燃料导通后点火等系统中起到至关重要的作用。刻痕膜片的破裂压力主要由预制薄弱区刻痕处的剩余厚度决定，根据爆破压力的不同，通常在数十微米量级至百微米量级，尺寸极其微小，成形制备困难。同时，刻痕剩余厚度的尺寸精度和一致性、刻痕的横截面形状、材料微观结构以及表面质量等，均对刻痕膜片的爆破压力准确性、导通后的打开率等产生极大的影响，进而影响系统安全能否可靠解除、发动机系统可靠工作等关键核心问题。

目前，刻痕膜片主要采用冲压成形等工艺制备，但是存在刻痕成形精度不高、尺寸一致性和性能均匀性不足，刻痕成形之后膜片翘曲，需要二次校形，会影响第一步成形刻痕精度等，导致爆破压力误差较大或膜片破裂打开不够充分等失效问题。近年来数控精密加工、激光加工以及MEMS工艺等也有相关研究，在制备效率、表面质量、尺寸稳定性以及材料微观组织等方面还存在不足。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中刻痕膜片二次校形引起的刻痕剩余厚度性能一致性差、破裂压力不稳定等不足问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种刻痕膜片模压、校形一体化成型装置，包括：下模座；凹模垫板，其固定设置在下模座的上端面上；凹模固定板，其设置在凹模垫板的上端面上；凹模，其设置在凹模固定板上；并且所述凹模的上端部延伸出凹模固定板，所述凹模延伸出凹模固定板的上端部设置有待加工的刻痕膜片；浮动卸料板，其与凹模固定板滑动连接，并且所述浮动卸料板远离凹模固定板时，所述浮动卸料板用于凹模内待加工的刻痕膜片的卸料；上模座，其位于下模座的正上方；凸模垫板，其与上模座的下端面固定连接；凸模固定板，其与凸模垫板的下端面连接；上模板，其与凸模固定板的下端面连接；凸模一，其上端部设置在凸模垫板内；凸模二，其上端部与凸模固定板连接，并且凸模二的下端部延伸至上模板内，所述凸模一位于凸模二的中心线位置处，并且凸模一的下端部贯穿凸模二，所述凹模的上端面上设有成型凹槽，所述凸模二的下端面上设有刻痕成型凸部，所述上模板与凹模合模过程中，所述刻痕成型凸部用于在刻痕膜片上形成刻痕，所述凸模一用于压动刻痕膜片至成型凹槽内形成压痕。

在本发明的一个实施例中，所述上模板沿上模板与凹模合模方向设有通孔一，所述通孔一的上端部设有台阶一。

在本发明的一个实施例中，所述凸模固定板和上模板之间设有外压边圈组件，所述外压边圈组件包括外压边圈、若干压杆一和若干弹簧一，所述弹簧一设置在上模板内，所述压杆一的上端部与弹簧一连接，并且压杆一的下端部与外压边圈连接，所述外压边圈的外壁上设有限位凸台一，所述外压边圈置于通孔一内，所述限位凸台一与台阶一相接触以实现外压边圈的限位。

在本发明的一个实施例中，所述外压边圈沿上模板与凹模合模方向设有通孔二，所述凸模固定板沿上模板与凹模合模方向设有通孔三，所述通孔二和通孔三处于同一直线上，所述凸模二的上端部设置在通孔三内，所述凸模二的下端部设置在通孔二内。

在本发明的一个实施例中，所述通孔三的上端部内壁上设有台阶二，所述凸模二上端部的外壁上设有限位凸台二，所述限位凸台二与台阶二相接触以实现凸模二的限位。

在本发明的一个实施例中，所述凸模垫板和凸模二之间设有内压边圈组件，所述内压边圈组件包括内压边圈、压杆二和弹簧二，所述弹簧二设置在凸模垫板内，所述压杆二的上端部和弹簧二连接，所述压杆二的下端部和内压边圈连接。

在本发明的一个实施例中，所述凸模二的下端部设有凹槽二，所述内压边圈设置在凹槽二内，所述上模板与凹模合模过程中，所述外压边圈和内压边圈的下端面均压紧在刻痕膜片上。

在本发明的一个实施例中，所述凸模垫板上设有安装孔，所述凸模二上设有通孔四，所述内压边圈上设有通孔五，所述安装孔、通孔四和通孔五处于同一直线上，所述凸模一的上端部设置在安装孔内，所述凸模一的下端部贯穿通孔四延伸至通孔五内。

在本发明的一个实施例中，所述下模座上设有若干外导柱，所述上模座上设有若干外导套，所述若干外导柱和若干外导套一一对应设置，并且外导柱和外导套滑动连接。

在本发明的一个实施例中，所述凹模固定板上设有若干内导柱，所述上模板上设有若干内导套，所述若干内导柱和若干内导套一一对应设置，并且所述内导柱和内导套滑动连接。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的刻痕膜片模压、校形一体化成型装置，将刻痕膜片的模压成形、校形于一体，解决刻痕膜片二次校形带来的负面影响；发明了一种基于刚度匹配的模压成形模具结构，采用变截面凸模、变厚度垫板或固定板等、减少应力集中等设计，尽可能消除模具核心构件自身弹性变形对刻痕成形精度和一致性等影响；在兼顾模具刚度的同时，采用了内、外压边结构、浮动式卸料板以及凹模及其形成的强约束边界、浮动卸料板向下摩擦力等，约束刻痕区域塑性变形行为、抑制膜片翘曲，在刻痕模压成形的同时实现校形目的，解决刻痕膜片二次校形引起的刻痕剩余厚度性能一致性差、破裂压力不稳定等不足，提高了生产效率，降低了成本。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的刻痕膜片模压、校形一体化成型装置的整体截面图；

图2是本发明的刻痕膜片模压、校形一体化成型装置的局部截面图一；

图3是本发明的刻痕膜片模压、校形一体化成型装置的局部截面图二。

说明书附图标记说明：下模座1、凹模垫板2、凹模固定板3、凹模4、浮动卸料板5、上模座6、凸模垫板7、凸模固定板8、上模板9、凸模一10、凸模二11、成型凹槽12、刻痕成型凸部13、通孔一14、台阶一15、外压边圈16、压杆一17、弹簧一18、限位凸台一19、通孔二20、通孔三21、台阶二22、限位凸台二23、内压边圈24、压杆二25、弹簧二26、凹槽二27、安装孔28、通孔四29、通孔五30、外导柱31、外导套32、内导柱33、内导套34、刻痕膜片100。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1-3所示，本发明的刻痕膜片模压、校形一体化成型装置，包括：下模座1；凹模垫板2，其固定设置在下模座1的上端面上；凹模固定板3，其设置在凹模垫板2的上端面上；凹模4，其设置在凹模固定板3上；并且所述凹模4的上端部延伸出凹模固定板3，所述凹模4延伸出凹模固定板3的上端部设置有待加工的刻痕膜片100；浮动卸料板5，其与凹模固定板3滑动连接，并且所述浮动卸料板5远离凹模固定板3时，所述浮动卸料板5用于凹模4内待加工的刻痕膜片100的卸料，所述浮动卸料板5和凹模固定板3之间设有若干弹簧三35；上模座6，其位于下模座1的正上方；凸模垫板7，其与上模座6的下端面固定连接；凸模固定板8，其与凸模垫板7的下端面连接；上模板9，其与凸模固定板8的下端面连接；凸模一10，其上端部设置在凸模垫板7内；凸模二11，其上端部与凸模固定板8连接，并且凸模二11的下端部延伸至上模板9内，所述凸模一10位于凸模二11的中心线位置处，并且凸模一10的下端部贯穿凸模二11，所述凹模4的上端面上设有成型凹槽12，所述凸模二11的下端面上设有刻痕成型凸部13，所述上模板9与凹模4合模过程中，所述刻痕成型凸部13用于在刻痕膜片100上形成刻痕，所述凸模一10用于压动刻痕膜片100至成型凹槽12内形成压痕。

上述结构中，所述上模板9沿上模板9与凹模4合模方向设有通孔一14，所述通孔一14的上端部设有台阶一15。

上述结构中，所述凸模固定板8和上模板9之间设有外压边圈组件，所述外压边圈组件包括外压边圈16、若干压杆一17和若干弹簧一18，所述弹簧一18设置在上模板9内，所述压杆一17的上端部与弹簧一18连接，并且压杆一17的下端部与外压边圈16连接，所述外压边圈16的外壁上设有限位凸台一19，所述外压边圈16置于通孔一14内，所述限位凸台一19与台阶一15相接触以实现外压边圈16的限位。所述外压边圈16沿上模板9与凹模4合模方向设有通孔二20，所述凸模固定板8沿上模板9与凹模4合模方向设有通孔三21，所述通孔二20和通孔三21处于同一直线上，所述凸模二11的上端部设置在通孔三21内，所述凸模二11的下端部设置在通孔二20内。

上述结构中，所述通孔三21的上端部内壁上设有台阶二22，所述凸模二11上端部的外壁上设有限位凸台二23，所述限位凸台二23与台阶二22相接触以实现凸模二11的限位。

上述结构中，所述凸模垫板7和凸模二11之间设有内压边圈组件，所述内压边圈组件包括内压边圈24、压杆二25和弹簧二26，所述弹簧二26设置在凸模垫板7内，所述压杆二25的上端部和弹簧二26连接，所述压杆二25的下端部和内压边圈24连接。

上述结构中，所述凸模二11的下端部设有凹槽二27，所述内压边圈24设置在凹槽二27内，所述上模板9与凹模4合模过程中，所述外压边圈16和内压边圈24的下端面均压紧在刻痕膜片100上。

内压边圈24和外压边圈16分别位于凸模二11的内圈和外圈位置处，这样凸模二11压紧在刻痕膜片100上的时候，内压边圈24和外压边圈16分别压住刻痕膜片100的内部和外圈，内、外压边及浮动卸料板摩擦力多约束校形方法。在兼顾模具刚度的同时，采用了内、外压边结构、浮动式卸料板以及凹模及其形成的强约束边界、浮动卸料板向下摩擦力等，约束刻痕区域塑性变形行为、抑制膜片翘曲，在刻痕模压成形的同时实现校形目的，解决刻痕膜片二次校形引起的刻痕剩余厚度性能一致性差、破裂压力不稳定等不足。

上述结构中，所述凸模垫板7上设有安装孔28，所述凸模二11上设有通孔四29，所述内压边圈24上设有通孔五30，所述安装孔28、通孔四29和通孔五30处于同一直线上，所述凸模一10的上端部设置在安装孔28内，所述凸模一10的下端部贯穿通孔四29延伸至通孔五30内。

模具的导向结构包括两部分，所述下模座1上设有若干外导柱31，所述上模座6上设有若干外导套32，所述若干外导柱31和若干外导套32一一对应设置，并且外导柱31和外导套32滑动连接。所述凹模固定板3上设有若干内导柱33，所述上模板9上设有若干内导套34，所述若干内导柱33和若干内导套34一一对应设置，并且所述内导柱33和内导套34滑动连接。

刻痕膜片模压成形-校形一体化模具装置主要由2个凸模、内和外压边及其压杆和弹簧、凹模、浮动卸料板及其支撑弹簧、固定凸模和凹模等模板和垫板、高刚度上和下模座、内和外导柱和导套等。

刻痕膜片的刻痕微结构主要由凸模2与凹模相互作用，凸模2底部的微凸起结构模压到板坯上。金属板坯发生塑性变形，产生了与凸模2底部微凸起结构一致的刻痕。虽然刻痕几何尺寸小，但是塑性变形量很大，因而塑性成形的力很大，可以达到几吨的力。在如此大的力作用下，凸模极易发生弹性变形，导致刻痕的成形精度难以满足要求。为了兼顾微小尺寸的刻痕成形，同时减小凸模弹性变形引起的成形误差，凸模采用了多台阶结构设计，即从微凸起向上，凸模的横截面不断增大，并且，在凸模中心区域凹进一定深度满足内压边需求之后，凸模变为整体结构，该结构凸模的整体刚度相比于环形等结构显著提升，有利保证了刻痕的成形精度。

膜片的刻痕成形属于局部塑性变形，几何尺寸十分微小、塑性变形量极大，极易产生膜片的翘曲变形等，导致刻痕膜片的平整度较差，无法满足膜片安装应用需求。为此，本发明在刻痕成形微凸起的内、外两侧均设置了由大刚度弹簧提供压力的压边圈。膜片刻痕模压成形之前，内、外压边圈已经压到膜片坯料上。随着凸模的微凸起不断向下模压，压边力随之增大，因而，很好了抑制了膜片的翘曲变形。

另一方面，本发明设计了浮动卸料板，由弹簧支撑，当上模板与之接触后，随着上模具持续向下运动，支撑浮动卸料板的弹簧受压缩，因而，可以随之向下运动。膜片板坯的外轮廓直径与浮动卸料板内孔直径为小间隙配合。膜片板坯发生微小的塑性变形变形，即可与浮动卸料板内孔的内壁发生接触。由于浮动卸料板向下运动，借助接触摩擦力，给本来向上翘的膜片施加了向下的力，从而抑制了膜片的翘曲。

膜片刻痕成形过程中，依靠内、外压边力、浮动卸料板向下的摩擦力抑制膜片翘曲，起到校形的作用，实现刻痕膜片模压成形-校形一体化成形制备。

为了保证刻痕膜片模压成形过程中校形的效果，需要较大的内、外压边力。如果内、外压边力均通过压杆、弹簧直接作用到上模座上，同时模压成形的力也直接作用到上模座上，极易导致已经开了很多安装、固定孔的上模座发生细微的弹性变形，这给剩余厚度仅数十微米至百微米的刻痕精度带来极大的影响。为了保证该模压-校形一体化模具装置的整体刚度，进行了刚度匹配设计。板厚方面，从下往上，上模板、凸模固定板、凸模垫板以及上模座，根据受力向上传递的原则，厚度不断增加，以保证不同模板的整体刚度；结构设计方面，外压边、模压成形、内压边分别固定或作用到不同板上，避免了板的集中受力，并且，板上的孔结构减少，尤其是上模座上孔极少，仅有导套、少数固定螺栓孔等，这种少孔、大厚度的上模座，有效保证了模具的整体刚度。

具体的实施方式：

刻痕膜片板坯材料为铝及其合金、铜及其合金或钛及其合金等，板坯外轮廓直径

外压边圈压力由3-7个弹簧提供，压边力为400-1300kgf；内压边圈由3-5个弹簧提供，压边力为200-800kgf；浮动卸料板的支撑弹簧由3-5个弹簧提供，支撑力为150-600kgf。

刻痕膜片模压成形-校形一体化成形在液压驱动伺服压力机上进行，压力机的最大输出力应大于30吨、位移控制精度为1-2μm。首先将压力机工作台面、模具装置的上、下表面彻底清洁，不可有任何固体颗粒、锈等杂物，并无尘布蘸取浓度大于75％的酒精对接触面进行擦拭，以免影响模具装置与工作台面的紧密面接触。将模压-校形一体化成形模具装置安装在液压驱动伺服压力机上，用至少4个压板等固定模具装置，确保模具装置安装、固定可靠。

成形模具装置自下往上，上模板、凸模固定板、凸模垫板以及上模座，板厚比例可按1:1.2:1.5:2设计。

首先，开动伺服压力机以1-10mm/min的速度下压，待凸模2的微凸起下表面与凹模上表面紧密接触时，停止伺服压力机，并记录此时伺服压力机滑块的位置，作为刻痕剩余厚度计算用。

然后，将制备好的膜片板坯，确认表面无缺陷和表面清洁后，放入浮动卸料板中心内孔中。

其次，开动伺服压力机将滑块向下移动，在凸模2的微凸起接触板坯之前，向下移动的速度可以快些，如20-100mm/min；待凸模2的微凸起与板坯接触后，应调慢压力机滑块移动速度，建议1-10mm/min。

随后，放入膜片板坯后的位置与空载时压力机位置之差为刻痕剩余厚度时，停止伺服压力机。并控制伺服压力机，将设备滑块返程。

最后，取出刻痕膜片，并进行初步目测检查。并根据合格与不合格，分别放入不同的收纳筐内。刻痕膜片模压成形-校形一体化成形制备结束。

本发明在一套模具、一个工序内完成刻痕膜片制造，解决刻痕膜片二次校形带来的负面影响，并提高了生产效率、降低了成本；发明了一种基于刚度匹配的模压成形模具结构，采用变截面凸模、变厚度垫板或固定板等、减少应力集中等设计，尽可能消除模具核心构件自身弹性变形对刻痕成形精度和一致性等影响；在兼顾模具刚度的同时，采用了内、外压边结构、浮动式卸料板以及凹模及其形成的强约束边界、浮动卸料板向下摩擦力等，约束刻痕区域塑性变形行为、抑制膜片翘曲，在刻痕模压成形的同时实现校形目的。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。