[发明专利]一种激光高速成形微体积零件的自动化装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于激光先进制造微零件领域和自动化加工领域，尤其是一种激光高速成形微体积零件的自动化装置及其方法。

背景技术

随着现代工业技术的快速发展，科学技术的日新月异，先进制造理念的推陈出新，亦随着市场对科技产品要求的精益求精，在诸如航空航天、精密仪器、生物医疗等领域，微器件的应用越来越广泛，产品的微型化成为了工业制造业发展的一个重要趋势，推动了对微器件的加工工艺的探索。

现如今面向微机电系统的微机械加工技术和工艺是在集成电路的基础上发展起来的，主要依赖LIGA、蚀刻、微铣削、微细电火花等微细加工技术，受到加工效率低、成本高以及环境污染等问题的限制，不能形成大批量的自动化生产。因此，微成形工艺得到了重点关注。然而，传统的微成形工艺存在微模具制造困难、对中精度难以保证等问题。由此，一种全新的工艺——激光高速微成形技术具有很大的优势，其精度较高、成本低廉、易于实现批量化和自动化生产。

激光高速微成形是一种新型的微金属零部件成形技术，即通过激光冲击加载的方式产生高压冲击波，高压冲击波向材料内部传播,使得材料在微型模具内产生超快塑性变形，从而实现工件在微模具中的精确成形。申请号201010505869.3的中国专利介绍了应用激光高速微成形技术进行微金属器件冲裁的工艺过程，利用此专利的方法可以在一次脉冲激光中进行批量化冲裁，方便有效。申请号201610384092.7的中国专利介绍了一种应用激光高速微成形技术成形高精度碟形零件装置，其可以克服传统成形碟形零件的工艺中存在的不足。

目前激光高速微成形技术主要应用于薄板微成形，其成形零件大都是薄板零件。然而，很多微零件的制造都需要使用体积成形技术，微体积成形技术在微零件的制造领域应用广泛。申请号为200810023264.3的中国专利提出了一种激光冲击微体积成形技术，但是其装置复杂繁琐，且使用飞片作为间接加载源，难以保证凸模获得足够的动能；使用顶杆顶出成形后的零件，一方面需要很大的动力，另一方面也容易损坏零件表面；另外，其自动化的程度也不高。

发明内容

针对现有的激光高速成形微零件技术中存在的上述问题，本发明提供了一种激光高速成形微体积零件的自动化装置及其方法，提高了加工能力和产品质量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种激光高速成形微体积零件的自动化装置，包括激光发射系统、高速成形系统和放置转换系统；

所述激光发射系统包括脉冲激光器、反射镜、可调聚焦透镜、透镜支架和基座；所述透镜支架垂直安装在基座上，透镜支架上安装有可调聚焦透镜，可调聚焦透镜将经过反射镜反射的来自脉冲激光器的激光聚焦；

所述高速成形系统包括模具系统、自动开合模装置和三坐标移动平台；所述三坐标移动平台置于基座上方；所述模具系统包括凸模、组合凹模、凹模拉杆和凹模基座；工作时，所述凸模和组合凹模间隙配合；凸模上端设有圆形凹腔，圆形凹腔用以放置约束层和吸收层；所述组合凹模设置在底座上；组合凹模由结构相同的两个凹模组件对接而成，凹模组件结构为工字型；所述凹模基座为齿形结构，凹模基座底部通过螺钉连接到三坐标移动平台上，凹模基座上端面开有滑槽，该滑槽与组合凹模底部开设的导轨相配合，导轨沿滑槽左右移动；组合凹模左右两竖直侧面相同位置上设置有凹模拉杆；

所述自动开合模装置包括基板、长杆、短杆、第一销钉、滑块和第一液压缸；所述基板竖直安装在三坐标移动平台上，基板置于凹模基座齿形结构内部，且置于凹模拉杆的正下方；所述基板的中轴线上加工有销钉孔B和矩形孔A，矩形孔A的两侧内壁开有滑槽；该滑槽与第一滑块配合，且第一滑块可以在滑槽内上下移动，第一滑块与第一液压缸的活塞杆相连接；

第一滑块上的销钉C上安装有长杆，且长杆置于基板的前后两侧，长杆的另一端与凹模拉杆铰接；所述第一销钉安装销钉孔A内，第一销钉两侧均装有短杆，且短杆置于基板的前后两侧，短杆的另一端安装在长杆上；

所述放置转换系统包括凸模放置转换系统和棒料放置转换系统；

所述凸模放置转换系统和棒料放置转换系统结构相同，均包括转换底座、转换电机、转换支架、伸缩缸和自动夹取装置；所述凸模放置转换系统和棒料放置转换系统设置在三坐标移动平台上，且分别置于自动开合模装置的左侧与右侧；所述转换底座上安装有转换支架，转换支架上从下至上依次安装有转换电机、伸缩缸和自动夹取装置；所述自动夹取装置包括转换平台、第二液压缸、第二滑块、右曲杆、右直杆、第二销钉、左直杆和左曲杆；