[发明专利]一种脉冲激光连续冲击温成形的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光成形技术和温成形技术领域，特指一种在特定温度条件下实现脉冲激光连续冲击对板料进行温成形的方法和装置。特别适用于像镁合金、铝合金等室温难成形金属板料的激光冲击成形。

背景技术

激光成形技术是一种集板料成形和强化于一体的先进成形技术，成形时具有压力高、时间短、应变率高等特点，特别适合于有抗疲劳及抗应力腐蚀要求的板料成形。温成形技术是相对于冷成形和热成形技术的又一先进成形技术，可以在较低温度范围内(相对于热成形温度范围)改善板料成形性能，特别适用于像镁合金、铝合金等室温下难成形金属板料的成形。将两种技术结合在一起可以实现新的技术突破，但同时也出现了新问题。室温激光冲击成形时所使用的约束层很难被继续用于脉冲激光冲击温成形中，脉冲激光连续冲击温成形更是难上加难，严重限制了激光技术和温成形技术的紧密结合。

申请号为200610041568.3的专利，发明名称为：一种利用激光连续冲击强化的方法及装置，该发明将激光冲击强化技术工艺中必要的工作物质约束介质和涂层通过适当系统设计巧妙地集合在一起，使激光冲击强化技术可以实现连续冲击强化处理。但是该专利仅仅涉及室温激光冲击强化，而且强化的是平面或是近似平面的金属材料或零件，对于冲击后凹陷的板料不适用。

申请号为201110448739的专利，发明名称为：一种带均热与恒压的激光冲击温成形方法与装置，该专利采用液体加热板料和保证成形过程中产生持续背压，改善激光冲击成形时板料的成形性能。但在该专利中未提及温成形条件下激光冲击成形对约束层的特殊要求。

此外，在进行室温激光冲击时约束层一般用水、玻璃或者柔性贴膜，如美国专利US5744781“激光冲击处理的方法和装置”就是采用水为约束层，专利号为02138338.3“一种用于激光冲击处理的柔性贴膜”的专利提出柔性贴膜作为约束层，专利号为200410065544.2“以冰为约束层的激光冲击处理方法及其装置”的专利中提出冰作为约束层，但是这些约束层普遍不能充当温成形条件下的约束层，给脉冲激光冲击温成形带来了困难，严重限制了温成形激光冲击的连续性。

发明内容

本发明专利的目的是为了克服在温成形特定温度条件下，水和冰几乎不能充当约束层，有机玻璃、K9玻璃等固体玻璃很难承受相应的温度，而且相对于室温激光冲击成形更容易发生破碎，柔性贴膜也很难承受相应的温度，并且在高温下容易从板料表面脱落，以及板料加热不均匀等问题。通过采用粘度适中的耐高温透光液体作为约束层并且用此约束层液体对板料进行辅助均热提供一种脉冲激光连续冲击温成形的方法和装置。

本发明专利的装置描述如下：该装置由约束层循环装置、温成形冲击装置两部分组成。约束层循环装置是由约束层、喷嘴、吸油泵、滤油器、储液腔、端盖、透光玻璃、计算机控制系统、加热器、温度传感器、加热控制电路等共同组成。装置右端为端盖，用来防止冲击成形时的高温液滴飞溅，保护人员安全和减少环境污染；端盖中心设有透光玻璃，可以让激光顺利通过进行激光冲击成形；端盖下部设有储液腔，用来储存从板料表面流淌下来的约束层液体并为后续激光冲击提供约束层液体；储液腔中设有加热器，加热器和温度传感器外接加热控制电路，用来对储液腔中的约束层液体进行加热；端盖内部设有吸油泵和滤油器，吸油泵由计算机控制系统控制向喷嘴泵送液体，在喷嘴口提供特定流速的约束层液体，滤油器过滤储液腔中由于激光冲击而带来的细微杂质；端盖中还设有喷嘴，用来向板料表面提供约束层，喷嘴由计算机控制系统控制，可以在一定角度内自由旋转。温成形冲击装置由计算机控制系统、激光器、位移传感器、数控工作台、加热器、温度传感器、凹模、压边圈等组成。在板料的正面设有激光器，通过计算机控制系统调节激光脉宽、光斑大小、激光能量等参数，从而发射满足不同成形要求的激光束，激光束在能量吸收层和约束层作用后产生冲击波使板料成形；在板料的背面设有位移传感器，其中心和激光器产生光束的中心在同一直线上，位移传感器可以测量激光冲击处板料的位移信号，并将此信号反馈给计算机控制系统，从而综合调节喷嘴口约束层液体的入射速度和角度；凹模固定在数控工作台上，凹模内设有加热器和温度传感器，加热器和温度传感器外接加热控制电路，用来对板料进行加热，加热控制电路分析温度传感器反馈的温度信号控制加热器通断状态，使板料温度稳定保持在温成形需要范围之内；数控工作台由计算机控制系统控制，从而间接控制板料成形轨迹。