[发明专利]一种激光间接复合微塑性成形装置及方法

权利要求书

1.一种激光间接复合微塑性成形装置，其特征在于，由激光加载系统、成形系统、控制系统组成；所述激光加载系统由纳秒激光器(8)、第一反射镜(7)、第二反射镜(6)、聚焦透镜(5)组成，纳秒激光器(8)装有指示光系统；所述成形系统包括试样系统(4)、夹具体(3)、三维移动平台(2)以及L型底座(1)；所述控制系统由三维移动平台控制器(10)、计算机(11)、激光控制器(9)组成，所述计算机分别连接三维移动平台控制器(10)和激光控制器(9)；所述控制系统中的三维移动平台控制器(10)与三维移动平台(2)连接；激光控制器(9)分别与激光加载系统中的纳秒激光器(8)连接；所述第一反射镜(7)、第二反射镜(6)和聚焦透(5)镜安装在L型底座上(1)；所述夹具体(3)安放在三维移动平台(2)上，夹具体(3)夹紧和定位试样系统(4)；所述试样系统(4)是由光学介质(12)、水或硅油(13)、飞片(14)、飞行腔(15)、靶材工件(16)和特制复合微模具(17)组成；所述飞片(14)和靶材工件(16)为金属箔板，所述光学介质为K9玻璃，飞片(14)和靶材的厚度为5～30μm，所述飞行腔(15)内腔长度为100～200μm，所述飞片(14)的外缘与飞行腔(15)内壁相距200～300μm。所述特制复合微模具(17)包括拉伸凹模(18)、切边凹模(19)和冲孔凸模(20)，所述拉伸凹模(18)为根据所需成形零件外形确定的凹腔，所述切边凹模(19)是一个环形凹腔，切边凹模(19)环绕在拉伸凹模(18)边缘外围，所述冲孔凸模(20)位于拉伸凹模(18)内部；所述拉伸凹模(18)和切边凹模(19)同轴，确定位置关系的一组拉伸凹模(18)、切边凹模(19)和冲孔凸模(20)构成特制复合微模具(17)上一组复合模；所述拉伸凹模(18)具有圆角边缘，所述切边凹模(19)和冲孔凸模(20)具直角边缘。

2.根据权利要求1所述的激光间接复合微塑性成形装置，其特征在于，所述拉伸凹模(18)、切边凹模(19)和冲孔凸模(20)构成的复合模按照N×M成阵列排列，N和M数量按照所需生产零件数量确定。

3.一种实施权利要求1所述的激光间接复合微塑性成形装置的方法，其特征在于，具体步骤如下：

A、特制复合微模具设计与制备，根据成形工件的尺寸、形状，设计特制复合微模具上凹模和凸模结构以及凹模和凸模阵列分布，并制造特制复合微模具；

B、确定飞片和工件毛坯的尺寸，根据微成形模具的成形区域计算出飞片和工件毛坯尺寸；

C、试样系统装配与装夹，在光学介质(12)下表面中心区域涂抹一层水或硅油(13)，然后将飞片(14)粘贴在光学介质(12)下表面中心区域，将由粘贴好飞片(14)的光学介质(12)、飞行腔(15)、靶材工件(16)和特制复合微模具(17)组成的试样系统放入三维移动平台上的夹具体(3)中夹紧；

D、激光作用区域的对准，打开激光加载系统的指示光，利用控制系统对工作台到进行调整，确保指示光辐照在式样系统(4)的加载区域，调整完毕后，关闭激光加载系统的指示光；

E、调整激光参数，根据成形靶材工件(16)厚度、成形区域大小，通过计算机(11)优化激光参数，控制脉冲激光器发出激光束的脉冲宽度、脉冲能量、脉冲形状以及光斑大小来获取所需要的冲击力；

F、靶材工件(16)成形，高能脉冲激光冲击光学介质(12)下的飞片(14)，使飞片(14)产生动能并在飞行腔(15)内做高速飞行，靶材工件(16)受到飞片(14)的撞击后，在特制复合微模具(17)的拉伸、冲孔以及切边的复合作用下，最终实现零件的批量成形。