[发明专利]一种基于激光冲击多点复合成形的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造领域，特指一种激光冲击多点复合成形的方法和装置，其适应于金属板料的大变形量、大面积复杂曲面精密冲击成形，也适应于金属板料的微细加工成形，特别适合常规方法难以成形或根本无法成形的材料，如结构钢、镁合金、钛合金、复合材料等。

背景技术

金属板料成形作为板件直接投入消费前的主要深加工方法，已在整个国民经济中占有十分重要的地位。对于一些小批量、高质量的多曲率工件，如飞机蒙皮、样车的覆盖件、船体及压力容器外壳等，快速、经济的成形方法要求越来越强烈。对于传统的板材成形而言，模具的制造、修复占据了工件较多的制造时间及制造费用，加工柔性差。因此一些新型的无模成形技术应运而生，如：喷丸成形、数字化渐进成形、无模多点成形、激光热应力成形、激光冲击成形等。这些技术都是在数控系统的支撑下，实现板料的无模成形，具有很大的柔性。他们克服了传统模具成形的不足，节省了模具制造费用与时间。

激光冲击成形是利用强激光的力学效应来实现金属板料的冷塑性变形的一种新型柔性的成形方法，当高功率密度、短脉冲的强激光束照射到涂覆在金属板料表面上的能量转换体时，能量转换体吸收高能激光后瞬间汽化，汽化后的蒸汽吸收激光能量形成等离子体，等离子体继续吸收能量发生爆炸，形成爆轰波，结果施与靶面一个冲击载荷，从而形成冲击波传入材料内部，当冲击波压力超过金属板料的动态屈服极限时，板料就发生拉胀式塑性变形。

多点成形技术的基本原理就是用一系列离散的、规则排列的、高度可调的基本体群构造出的离散曲面组成凹模或凸模来代替传统模具，通过对各基本体运动的控制，自由地构造出各种成形面，实现板材三维曲面成形。多点成形是一种无模成形方法，可以自由地构造出各种复杂的成形面，实现柔性加工的特点，大大节省了模具设计与制造费用，加速了产品的更新换代，提高了生产效率。

经检索，专利申请号为03132626.9的中国专利“板材柔性多点曲面成形模具装置”，提出用弹性凸模组件代替多点成形中的上模，凹模组件作为下模，凸模组件由承压板和至少二个弹性模体组成，凹模组件由弹性垫板、护板和若干个能上下调节的小模组成。具体实施方式为：根据所需成形工件的曲面形状，调节各小模的高度，从而形成所需的凹形型腔，并依此型腔形状对弹性模体的尺寸进行合理的选择和布排，然后把板料设置在弹性模体与弹性垫板之间。成形时，压力机上滑块向下运动，通过承压板作用在弹性模体后，弹性模体变形，并将压力机的作用力传递到板料及护板，随着上滑块的进一步下移，弹性模体继续被压缩，其施加的压力不断增加，使得护板与构成曲面型腔的所有小模的上顶部逐渐接触，完成成形。其缺点是：板材在成形过程中由于无压边，容易出现起皱、失稳、划痕质量问题。专利申请号为01134063.0的中国专利“一种激光冲击精密成形方法及装置”，提到激光冲击薄板凹模仿形，将覆盖能量转换体的工件夹紧在凹模上，根据板料成形尺寸大小，可采用单点单次或多次冲击或多点分布冲击形式实现局部胀形。其可节约一半模具，缺点是依然需要传统模具，模具的设计制造费用较高，准备周期较长，加工依然不够灵活，只能适应单种型面的成形。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺点，提供一种板料激光冲击多点复合成形的方法和装置，实现激光精密冲击成形，降低模具设计与制造费用，提高成形效率和精度，并使板料表面形成一定的残余压应力，其适合于金属板料大变形量、大面积的精密冲击成形，尤其是具有复杂曲面形状的板料三维立体成形。

本发明方法的特征是将激光诱导的冲击波作为板料成形力源，用一系列离散的、规则排列的、高度可调的基本体群构造出的离散曲面组成凹模或凸模来代替传统模具，通过对各基本体高度的控制，自由地构造出各种成形面。当多点模形状为凹模时，为激光冲击凹模仿形，当多点模形状为凸模时，为预应力冲击成形。