一種金屬薄片的納米印壓成形及壓透成孔的方法
2023-06-11 06:10:51 3
一種金屬薄片的納米印壓成形及壓透成孔的方法
【專利摘要】本發明公開了一種金屬薄片的納米印壓成形及壓透成孔的方法，依據金屬片底部不同成形孔徑的大小指標φ，磨製金剛石壓頭的錐角a和尖部鈍圓半徑R；使用測量裝置，判斷金剛石壓頭尖端接觸金屬片上表面的具體位置；通過Z向納米伺服升降臺控制金剛石壓頭繼續下壓，使金屬片內部材料在壓頭錐角和底部硬質玻璃基底的綜合作用下發生側向塑流運動，形成錐度為錐角a的孔洞並在底部破裂成孔；通過力、聲傳感器以及測量視頻顯微鏡的原位檢測，準確判斷金剛石壓頭壓出薄金屬片底部的成孔信號特徵，進而反饋Z向納米伺服升降臺的繼續下壓量△h。
【專利說明】一種金屬薄片的納米印壓成形及壓透成孔的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於超聲波測漏【技術領域】，涉及一種金屬薄片的納米印壓成形及壓透成孔的方法。
【背景技術】
[0002]超聲波測漏技術是利用超聲波傳感器探測氣體或液體通過狹縫時所發出的超聲波，從而找出洩露處或超聲波源的。它在容器洩漏、管道裂紋、軸承磨損、局部放電、運轉設備故障、振動等測漏檢測領域應用很廣，作用十分重要。而用其對被測目標進行檢測的前提就必須對超聲波測試儀測試信號的能力進行準確標定、校正或驗證。其中標定技術裝置中用到一個特殊的標定樣件，為一中心帶有微孔彡5 μ m(有時達到Iym以下的超微孔)的一定厚度的薄金屬片(銅、不鏽鋼)，通過在特定環境的一定氣壓下對此超微孔樣件的超聲波測漏檢測來實現對超聲波測漏儀每次使用前的例行標定。國內所採用的高精度超聲波測漏儀大部分為國外進口，並且普遍採用這種國外進口的測試設備和測試樣件來進行超聲測漏解析度的標定。標定樣件上的大深徑比(達到1000)超微孔目前國內無法製備，只能依賴於國外進口。國外主要通過超快雷射來實現其超微孔加工，其雷射器的聚焦透鏡製造精度很高，可以將雷射斑點聚焦到I微米以下，而國內目前尚無法實現。其具體加工工藝信息由於商業技術保密，也無法準確獲知。該類樣件在國內受到各種測試使用環境的影響，在長期反覆使用過程中，經常由於測試設備中的氣源雜質的影響而堵塞微孔，導致無法繼續使用只能更換，因此該類樣件屬於易耗件。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於克服上述技術存在的缺陷，提供一種金屬薄片的納米印壓成形及壓透成孔的方法。
[0004]其具體技術方案為:
[0005]一種金屬薄片的納米印壓成形及壓透成孔的方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1:依據金屬片底部不同成形孔徑的大小指標Φ，磨製金剛石壓頭的錐角a和尖部鈍圓半徑R ;
[0007]步驟2:使用測量裝置，放置10*10*0.5mm的薄金屬片，通過Z向納米伺服升降臺控制金剛石壓頭的下壓對刀，金剛石壓頭的端部鈍圓半徑為R通過力、聲傳感器檢測的特徵信號準確判斷金剛石壓頭尖端接觸金屬片上表面的具體位置；
[0008]步驟3:通過Z向納米伺服升降臺控制金剛石壓頭繼續下壓，使金屬片內部材料在壓頭錐角和底部硬質玻璃基底的綜合作用下發生側向塑流運動，形成錐度為錐角a的孔洞並在底部破裂成孔；
[0009]步驟4:通過力、聲傳感器以及測量視頻顯微鏡的原位檢測，準確判斷金剛石壓頭壓出薄金屬片底部的成孔信號特徵，進而反饋Z向納米伺服升降臺的繼續下壓量Ah，使得金屬片底部成孔孔徑大小彡Φ，相應數學關係為:Φ =2X (R2-(R-Ah)2)1/2。
[0010]優選地，步驟2中所述測量裝置包括試驗臺基座、X、Y向水平伺服滑臺、二維水平傾斜調整臺、高清視頻顯微鏡、大理石基座、透明玻璃硬質襯底、金屬片、聲發射傳感器、金剛石壓頭、Z向納米伺服升降臺、三向微力測力儀、Z向粗調橫梁支架、控制器和計算機；
[0011]所述的試驗臺基座與兩側支架通過通用三腳連接件和螺釘連接，Z向粗調橫梁支架也通過通用三腳連接件和螺釘連接於兩側支架間，X、Y向水平伺服滑臺通過螺釘連接在試驗臺基座的上表面，二維水平傾斜調整臺通過螺釘連接在X、Y向水平伺服滑臺上邊，大理石基座通過螺釘分別連接在二維水平傾斜調整臺上邊，高清視頻顯微鏡通過通用法蘭緊箍連接件和螺釘連接在二維水平傾斜調整臺上，置於大理石基座內腔裡面，並且位於透明玻璃硬質襯底下，其鏡頭焦點位於能檢測到金屬片底部被壓成孔的區域，透明玻璃硬質襯底通過螺釘連接並緊固於大理石基座上，金屬片放置在透明玻璃硬質襯底上表面的中心位置，聲發射傳感器通過螺釘連接在大理石基座上並靠近金屬片；
[0012]所述的金剛石壓頭通過通用法蘭緊箍連接件和螺釘連接在Z向納米伺服升降臺底部，其金剛石尖端正對金屬片的中心位置，Z向納米伺服升降臺通過螺釘連接在三向微力測力儀底部，三向微力測力儀通過螺釘連接在Z向粗調橫梁支架底部；
[0013]同時，X、Y向水平伺服滑臺、高清視頻顯微鏡、聲發射傳感器、Z向納米伺服升降臺和三向微力測力儀通過控制器連接在計算機上。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0015]本發明鑑於超聲波測漏儀標定樣件的使用特點和所測試對象的穿壁缺陷特徵，提出通過金剛石壓頭尖端鈍圓的微尺度作用實現對金屬片的納米印壓成孔的方法。根據金剛石壓頭錐角、磨製尖端鈍圓半徑和下壓量的大小可實現金屬片單側大深徑比的超微孔成形。在一定成孔錐度範圍內，該方法可以不受金屬片厚度的影響，實現金屬片單側大深徑比的超微孔洞成形。既可提高整個印壓孔洞成形後的材料擠壓強度，也可保證單側超微孔洞通氣的穩定性，可有效防止單側超微孔孔洞的堵塞現象從而提高該類樣件的服役期，進而降低該類樣件的加工成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是測量裝置結構示意圖；
[0017]圖2是壓出過程的成孔計算示意圖，其中，Φ為金屬片被壓成孔孔徑，a為金剛石壓頭的維角，R為金剛石尖?而純圓半徑，h為金屬片厚度，Δ h為金剛石刀尖壓出;H；。
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。
[0019]參照圖1-圖2，一種金屬薄片的納米印壓成形及壓透成孔的方法，包括以下步驟:
[0020]步驟1:依據金屬片底部不同成形孔徑的大小指標Φ，磨製金剛石壓頭的錐角a和尖部鈍圓半徑R。
[0021]步驟2:基於如圖1所示的測量裝置，放置好(10*10*0.5mm)的薄金屬片(如:銅片)，通過Z向納米伺服升降臺控制金剛石壓頭(端部鈍圓半徑為R)的下壓對刀，通過力、聲傳感器檢測的特徵信號準確判斷金剛石壓頭尖端接觸金屬片上表面的具體位置(並可判斷刀具是否磨頓)。
[0022]步驟3:通過Z向納米伺服升降臺控制金剛石壓頭繼續下壓，使金屬片內部材料在壓頭錐角和底部硬質玻璃基底的綜合作用下發生側向塑流運動，從而形成錐度為錐角a (忽略材料彈性變形)孔洞並在底部破裂成孔。
[0023]步驟4:通過力、聲傳感器以及可測量視頻顯微鏡的原位檢測，準確判斷金剛石壓頭壓出薄金屬片底部的成孔信號特徵，進而反饋Z向納米伺服升降臺的繼續下壓量AhJi得金屬片底部成孔孔徑大小< Φ。如圖2，相應數學關係為:Φ =2X (R2-(R-Ah)2)1/2ο
[0024]步驟2中所述測量裝置包括試驗臺基座、X、Y向水平伺服滑臺、二維水平傾斜調整臺、高清視頻顯微鏡、大理石基座、透明玻璃硬質襯底、金屬片、聲發射傳感器、金剛石壓頭、Z向納米伺服升降臺、三向微力測力儀、Z向粗調橫梁支架、控制器和計算機；
[0025]所述的試驗臺基座與兩側支架通過通用三腳連接件和螺釘連接，Z向粗調橫梁支架也通過通用三腳連接件和螺釘連接於兩側支架間。Χ、Υ向水平伺服滑臺通過螺釘連接在試驗臺基座的上表面，二維水平傾斜調整臺通過螺釘連接在X、Y向水平伺服滑臺上邊，大理石基座通過螺釘分別連接在二維水平傾斜調整臺上邊。高清視頻顯微鏡通過通用法蘭緊箍連接件和螺釘連接在二維水平傾斜調整臺上，置於大理石基座內腔裡面，並且位於透明玻璃硬質襯底下，其鏡頭焦點位於能檢測到金屬片底部被壓成孔的區域。透明玻璃硬質襯底通過螺釘連接並緊固於大理石基座上，金屬片放置在透明玻璃硬質襯底上表面的中心位置，聲發射傳感器通過螺釘連接在大理石基座上並靠近金屬片。
[0026]所述的金剛石壓頭通過通用法蘭緊箍連接件和螺釘連接在Z向納米伺服升降臺底部，其金剛石尖端正對金屬片的中心位置，Z向納米伺服升降臺通過螺釘連接在三向微力測力儀底部，三向微力測力儀通過螺釘連接在Z向粗調橫梁支架底部。
[0027]同時，Χ、Υ向水平伺服滑臺、高清視頻顯微鏡、聲發射傳感器、Z向納米伺服升降臺和三向微力測力儀通過控制器連接在計算機上。
[0028]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，本發明的保護範圍不限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術範圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種金屬薄片的納米印壓成形及壓透成孔的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟1:依據金屬片底部不同成形孔徑的大小指標Φ，磨製金剛石壓頭的錐角a和尖部鈍圓半徑R ; 步驟2:使用測量裝置，放置10*10*0.5mm的薄金屬片，通過Z向納米伺服升降臺控制金剛石壓頭的下壓對刀，金剛石壓頭的端部鈍圓半徑為R通過力、聲傳感器檢測的特徵信號準確判斷金剛石壓頭尖端接觸金屬片上表面的具體位置； 步驟3:通過Z向納米伺服升降臺控制金剛石壓頭繼續下壓，使金屬片內部材料在壓頭錐角和底部硬質玻璃基底的綜合作用下發生側向塑流運動，形成錐度為錐角a的孔洞並在底部破裂成孔； 步驟4:通過力、聲傳感器以及測量視頻顯微鏡的原位檢測，準確判斷金剛石壓頭壓出薄金屬片底部的成孔信號特徵，進而反饋Z向納米伺服升降臺的繼續下壓量Ah，使得金屬片底部成孔孔徑大小彡Φ，相應數學關係為:Φ =2X (R2-(R-Ah)2)1/2。
2.根據權利要求1所述的金屬薄片的納米印壓成形及壓透成孔的方法，其特徵在於，步驟2中所述測量裝置包括試驗臺基座、X、Y向水平伺服滑臺、二維水平傾斜調整臺、高清視頻顯微鏡、大理石基座、透明玻璃硬質襯底、金屬片、聲發射傳感器、金剛石壓頭、Z向納米伺服升降臺、三向微力測力儀、Z向粗調橫梁支架、控制器和計算機； 所述的試驗臺基座與兩側支架通過通用三腳連接件和螺釘連接，Z向粗調橫梁支架也通過通用三腳連接件和螺釘連接於兩側支架間，X、Y向水平伺服滑臺通過螺釘連接在試驗臺基座的上表面，二維水平傾斜調整臺通過螺釘連接在X、Y向水平伺服滑臺上邊，大理石基座通過螺釘分別連接在二維水平傾斜調整臺上邊，高清視頻顯微鏡通過通用法蘭緊箍連接件和螺釘連接在二維水平傾斜調整臺上，置於大理石基座內腔裡面，並且位於透明玻璃硬質襯底下，其鏡頭焦點位於能檢測到金屬片底部被壓成孔的區域，透明玻璃硬質襯底通過螺釘連接並緊固於大理石基座上，金屬片放置在透明玻璃硬質襯底上表面的中心位置，聲發射傳感器通過螺釘連接在大理石基座上並靠近金屬片； 所述的金剛石壓頭通過通用法蘭緊箍連接件和螺釘連接在Z向納米伺服升降臺底部，其金剛石尖端正對金屬片的中心位置，Z向納米伺服升降臺通過螺釘連接在三向微力測力儀底部，三向微力測力儀通過螺釘連接在Z向粗調橫梁支架底部； 同時，X、Y向水平伺服滑臺、高清視頻顯微鏡、聲發射傳感器、Z向納米伺服升降臺和三向微力測力儀通過控制器連接在計算機上。
【文檔編號】G01N29/30GK104483393SQ201410725565
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】石廣豐, 史國權, 紀娜娜, 蔡洪彬, 劉靜 申請人:長春理工大學