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(fā)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(jù)金屬片底部不同成形孔徑的大小指標(biāo)φ，磨制金剛石壓頭的錐角a和尖部鈍圓半徑R；使用測(cè)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(tái)控制金剛石壓頭繼續(xù)下壓，使金屬片內(nèi)部材料在壓頭錐角和底部硬質(zhì)玻璃基底的綜合作用下發(fā)生側(cè)向塑流運(yùn)動(dòng)，形成錐度為錐角a的孔洞并在底部破裂成孔；通過力、聲傳感器以及測(cè)量視頻顯微鏡的原位檢測(cè)，準(zhǔn)確判斷金剛石壓頭壓出薄金屬片底部的成孔信號(hào)特征，進(jìn)而反饋Z向納米伺服升降臺(tái)的繼續(xù)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超聲波測(cè)漏【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]超聲波測(cè)漏技術(shù)是利用超聲波傳感器探測(cè)氣體或液體通過狹縫時(shí)所發(fā)出的超聲波，從而找出泄露處或超聲波源的。它在容器泄漏、管道裂紋、軸承磨損、局部放電、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備故障、振動(dòng)等測(cè)漏檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用很廣，作用十分重要。而用其對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)的前提就必須對(duì)超聲波測(cè)試儀測(cè)試信號(hào)的能力進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定、校正或驗(yàn)證。其中標(biāo)定技術(shù)裝置中用到一個(gè)特殊的標(biāo)定樣件，為一中心帶有微孔彡5 μ m(有時(shí)達(dá)到Iym以下的超微孔)的一定厚度的薄金屬片(銅、不銹鋼)，通過在特定環(huán)境的一定氣壓下對(duì)此超微孔樣件的超聲波測(cè)漏檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波測(cè)漏儀每次使用前的例行標(biāo)定。國內(nèi)所采用的高精度超聲波測(cè)漏儀大部分為國外進(jìn)口，并且普遍采用這種國外進(jìn)口的測(cè)試設(shè)備和測(cè)試樣件來進(jìn)行超聲測(cè)漏分辨率的標(biāo)定。標(biāo)定樣件上的大深徑比(達(dá)到1000)超微孔目前國內(nèi)無法制備，只能依賴于國外進(jìn)口。國外主要通過超快激光來實(shí)現(xiàn)其超微孔加工，其激光器的聚焦透鏡制造精度很高，可以將激光斑點(diǎn)聚焦到I微米以下，而國內(nèi)目前尚無法實(shí)現(xiàn)。其具體加工工藝信息由于商業(yè)技術(shù)保密，也無法準(zhǔn)確獲知。該類樣件在國內(nèi)受到各種測(cè)試使用環(huán)境的影響，在長(zhǎng)期反復(fù)使用過程中，經(jīng)常由于測(cè)試設(shè)備中的氣源雜質(zhì)的影響而堵塞微孔，導(dǎo)致無法繼續(xù)使用只能更換，因此該類樣件屬于易耗件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)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(shù)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(jù)金屬片底部不同成形孔徑的大小指標(biāo)Φ，磨制金剛石壓頭的錐角a和尖部鈍圓半徑R ;
[0007]步驟2:使用測(cè)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(tái)控制金剛石壓頭的下壓對(duì)刀，金剛石壓頭的端部鈍圓半徑為R通過力、聲傳感器檢測(cè)的特征信號(hào)準(zhǔn)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(tái)控制金剛石壓頭繼續(xù)下壓，使金屬片內(nèi)部材料在壓頭錐角和底部硬質(zhì)玻璃基底的綜合作用下發(fā)生側(cè)向塑流運(yùn)動(dòng)，形成錐度為錐角a的孔洞并在底部破裂成孔；
[0009]步驟4:通過力、聲傳感器以及測(cè)量視頻顯微鏡的原位檢測(cè)，準(zhǔn)確判斷金剛石壓頭壓出薄金屬片底部的成孔信號(hào)特征，進(jìn)而反饋Z向納米伺服升降臺(tái)的繼續(xù)下壓量Ah，使得金屬片底部成孔孔徑大小彡Φ，相應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系為:Φ =2X (R2-(R-Ah)2)1/2。
[0010]優(yōu)選地，步驟2中所述測(cè)量裝置包括試驗(yàn)臺(tái)基座、X、Y向水平伺服滑臺(tái)、二維水平傾斜調(diào)整臺(tái)、高清視頻顯微鏡、大理石基座、透明玻璃硬質(zhì)襯底、金屬片、聲發(fā)射傳感器、金剛石壓頭、Z向納米伺服升降臺(tái)、三向微力測(cè)力儀、Z向粗調(diào)橫梁支架、控制器和計(jì)算機(jī)；
[0011]所述的試驗(yàn)臺(tái)基座與兩側(cè)支架通過通用三腳連接件和螺釘連接，Z向粗調(diào)橫梁支架也通過通用三腳連接件和螺釘連接于兩側(cè)支架間，X、Y向水平伺服滑臺(tái)通過螺釘連接在試驗(yàn)臺(tái)基座的上表面，二維水平傾斜調(diào)整臺(tái)通過螺釘連接在X、Y向水平伺服滑臺(tái)上邊，大理石基座通過螺釘分別連接在二維水平傾斜調(diào)整臺(tái)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(diào)整臺(tái)上，置于大理石基座內(nèi)腔里面，并且位于透明玻璃硬質(zhì)襯底下，其鏡頭焦點(diǎn)位于能檢測(cè)到金屬片底部被壓成孔的區(qū)域，透明玻璃硬質(zhì)襯底通過螺釘連接并緊固于大理石基座上，金屬片放置在透明玻璃硬質(zhì)襯底上表面的中心位置，聲發(fā)射傳感器通過螺釘連接在大理石基座上并靠近金屬片；
[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(tái)底部，其金剛石尖端正對(duì)金屬片的中心位置，Z向納米伺服升降臺(tái)通過螺釘連接在三向微力測(cè)力儀底部，三向微力測(cè)力儀通過螺釘連接在Z向粗調(diào)橫梁支架底部；
[0013]同時(shí)，X、Y向水平伺服滑臺(tái)、高清視頻顯微鏡、聲發(fā)射傳感器、Z向納米伺服升降臺(tái)和三向微力測(cè)力儀通過控制器連接在計(jì)算機(jī)上。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0015]本發(fā)明鑒于超聲波測(cè)漏儀標(biāo)定樣件的使用特點(diǎn)和所測(cè)試對(duì)象的穿壁缺陷特征，提出通過金剛石壓頭尖端鈍圓的微尺度作用實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬片的納米印壓成孔的方法。根據(jù)金剛石壓頭錐角、磨制尖端鈍圓半徑和下壓量的大小可實(shí)現(xiàn)金屬片單側(cè)大深徑比的超微孔成形。在一定成孔錐度范圍內(nèi)，該方法可以不受金屬片厚度的影響，實(shí)現(xiàn)金屬片單側(cè)大深徑比的超微孔洞成形。既可提高整個(gè)印壓孔洞成形后的材料擠壓強(qiáng)度，也可保證單側(cè)超微孔洞通氣的穩(wěn)定性，可有效防止單側(cè)超微孔孔洞的堵塞現(xiàn)象從而提高該類樣件的服役期，進(jìn)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(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是壓出過程的成孔計(jì)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(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0019]參照?qǐng)D1-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(jù)金屬片底部不同成形孔徑的大小指標(biāo)Φ，磨制金剛石壓頭的錐角a和尖部鈍圓半徑R。
[0021]步驟2:基于如圖1所示的測(cè)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(tái)控制金剛石壓頭(端部鈍圓半徑為R)的下壓對(duì)刀，通過力、聲傳感器檢測(cè)的特征信號(hào)準(zhǔn)確判斷金剛石壓頭尖端接觸金屬片上表面的具體位置(并可判斷刀具是否磨頓)。
[0022]步驟3:通過Z向納米伺服升降臺(tái)控制金剛石壓頭繼續(xù)下壓，使金屬片內(nèi)部材料在壓頭錐角和底部硬質(zhì)玻璃基底的綜合作用下發(fā)生側(cè)向塑流運(yùn)動(dòng)，從而形成錐度為錐角a (忽略材料彈性變形)孔洞并在底部破裂成孔。
[0023]步驟4:通過力、聲傳感器以及可測(cè)量視頻顯微鏡的原位檢測(cè)，準(zhǔn)確判斷金剛石壓頭壓出薄金屬片底部的成孔信號(hào)特征，進(jìn)而反饋Z向納米伺服升降臺(tái)的繼續(xù)下壓量AhJi得金屬片底部成孔孔徑大小< Φ。如圖2，相應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系為:Φ =2X (R2-(R-Ah)2)1/2ο
[0024]步驟2中所述測(cè)量裝置包括試驗(yàn)臺(tái)基座、X、Y向水平伺服滑臺(tái)、二維水平傾斜調(diào)整臺(tái)、高清視頻顯微鏡、大理石基座、透明玻璃硬質(zhì)襯底、金屬片、聲發(fā)射傳感器、金剛石壓頭、Z向納米伺服升降臺(tái)、三向微力測(cè)力儀、Z向粗調(diào)橫梁支架、控制器和計(jì)算機(jī)；
[0025]所述的試驗(yàn)臺(tái)基座與兩側(cè)支架通過通用三腳連接件和螺釘連接，Z向粗調(diào)橫梁支架也通過通用三腳連接件和螺釘連接于兩側(cè)支架間。Χ、Υ向水平伺服滑臺(tái)通過螺釘連接在試驗(yàn)臺(tái)基座的上表面，二維水平傾斜調(diào)整臺(tái)通過螺釘連接在X、Y向水平伺服滑臺(tái)上邊，大理石基座通過螺釘分別連接在二維水平傾斜調(diào)整臺(tái)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(diào)整臺(tái)上，置于大理石基座內(nèi)腔里面，并且位于透明玻璃硬質(zhì)襯底下，其鏡頭焦點(diǎn)位于能檢測(cè)到金屬片底部被壓成孔的區(qū)域。透明玻璃硬質(zhì)襯底通過螺釘連接并緊固于大理石基座上，金屬片放置在透明玻璃硬質(zhì)襯底上表面的中心位置，聲發(fā)射傳感器通過螺釘連接在大理石基座上并靠近金屬片。
[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(tái)底部，其金剛石尖端正對(duì)金屬片的中心位置，Z向納米伺服升降臺(tái)通過螺釘連接在三向微力測(cè)力儀底部，三向微力測(cè)力儀通過螺釘連接在Z向粗調(diào)橫梁支架底部。
[0027]同時(shí)，Χ、Υ向水平伺服滑臺(tái)、高清視頻顯微鏡、聲發(fā)射傳感器、Z向納米伺服升降臺(tái)和三向微力測(cè)力儀通過控制器連接在計(jì)算機(jī)上。
[0028]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)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，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:依據(jù)金屬片底部不同成形孔徑的大小指標(biāo)Φ，磨制金剛石壓頭的錐角a和尖部鈍圓半徑R ; 步驟2:使用測(cè)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(tái)控制金剛石壓頭的下壓對(duì)刀，金剛石壓頭的端部鈍圓半徑為R通過力、聲傳感器檢測(cè)的特征信號(hào)準(zhǔn)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(tái)控制金剛石壓頭繼續(xù)下壓，使金屬片內(nèi)部材料在壓頭錐角和底部硬質(zhì)玻璃基底的綜合作用下發(fā)生側(cè)向塑流運(yùn)動(dòng)，形成錐度為錐角a的孔洞并在底部破裂成孔； 步驟4:通過力、聲傳感器以及測(cè)量視頻顯微鏡的原位檢測(cè)，準(zhǔn)確判斷金剛石壓頭壓出薄金屬片底部的成孔信號(hào)特征，進(jìn)而反饋Z向納米伺服升降臺(tái)的繼續(xù)下壓量Ah，使得金屬片底部成孔孔徑大小彡Φ，相應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系為:Φ =2X (R2-(R-Ah)2)1/2。
2.根據(jù)權(quán)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，其特征在于，步驟2中所述測(cè)量裝置包括試驗(yàn)臺(tái)基座、X、Y向水平伺服滑臺(tái)、二維水平傾斜調(diào)整臺(tái)、高清視頻顯微鏡、大理石基座、透明玻璃硬質(zhì)襯底、金屬片、聲發(fā)射傳感器、金剛石壓頭、Z向納米伺服升降臺(tái)、三向微力測(cè)力儀、Z向粗調(diào)橫梁支架、控制器和計(jì)算機(jī)； 所述的試驗(yàn)臺(tái)基座與兩側(cè)支架通過通用三腳連接件和螺釘連接，Z向粗調(diào)橫梁支架也通過通用三腳連接件和螺釘連接于兩側(cè)支架間，X、Y向水平伺服滑臺(tái)通過螺釘連接在試驗(yàn)臺(tái)基座的上表面，二維水平傾斜調(diào)整臺(tái)通過螺釘連接在X、Y向水平伺服滑臺(tái)上邊，大理石基座通過螺釘分別連接在二維水平傾斜調(diào)整臺(tái)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(diào)整臺(tái)上，置于大理石基座內(nèi)腔里面，并且位于透明玻璃硬質(zhì)襯底下，其鏡頭焦點(diǎn)位于能檢測(cè)到金屬片底部被壓成孔的區(qū)域，透明玻璃硬質(zhì)襯底通過螺釘連接并緊固于大理石基座上，金屬片放置在透明玻璃硬質(zhì)襯底上表面的中心位置，聲發(fā)射傳感器通過螺釘連接在大理石基座上并靠近金屬片； 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(tái)底部，其金剛石尖端正對(duì)金屬片的中心位置，Z向納米伺服升降臺(tái)通過螺釘連接在三向微力測(cè)力儀底部，三向微力測(cè)力儀通過螺釘連接在Z向粗調(diào)橫梁支架底部； 同時(shí)，X、Y向水平伺服滑臺(tái)、高清視頻顯微鏡、聲發(fā)射傳感器、Z向納米伺服升降臺(tái)和三向微力測(cè)力儀通過控制器連接在計(jì)算機(jī)上。
【文檔編號(hào)】G01N29/30GK104483393SQ201410725565
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】石廣豐, 史國權(quán), 紀(jì)娜娜, 蔡洪彬, 劉靜 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)