[发明专利]一种金属板料冲击波成形方法及装置

说明书

本发明公开一种金属板料冲击波成形方法及装置，属于板料的塑性加工技术领域。该装置包括激光器、导光系统、板料模具系统、供气系统、控制反馈系统。该装置利用供气系统向压力室中按体积比为2:1的比例提供氢气和氧气，激光器发出的脉冲激光束通过导光系统照射在吸收层上，吸收层气化电离产生高温高压的等离子体，其迅速膨胀产生冲击波作用在工件上，同时高温高压的等离子体引爆压力室中的混合气体产生冲击波，该冲击波也作用在板料上。用激光诱导的冲击波和混合气体爆炸产生冲击波共同作用可以有效地解决激光冲击成形中难以实现对厚板的大面积成形的不足，具有良好的市场应用前景。

技术领域：

本发明装置属于板料的塑性加工成形领域，具体涉及一种金属板料冲击波成形方法与装置，特别适合厚度较厚、变形面积较大的零件的成形。

背景技术：

激光冲击成形是利用激光诱导高幅冲击波的力效应使板材产生塑性变形的成形新技术，具有成形的柔性高、精确可控、成形后材料性能好和无污染等特点。作为一种快速敏捷的先进制造技术，其在航空航天工业，汽车和模具制造业，船舶制造业等领域展现出强大的生命力，具有广阔的应用前景和巨大的开发潜力。

在激光冲击成形中，由于激光器发出的脉冲的能量有限，其诱导的冲击波峰值压力有限，且诱导的压力作用时间往往较短。在实际的操作中，往往使用一些约束层来限制气化产生的高温高压等离子体的膨胀，从而增加冲击波峰压，延长有效时间，增加冲击加工的效果。在约束层材料的选择方面，玻璃约束层的效果最好，但玻璃材料容易被冲击波击碎，破碎的玻璃飞溅容易引起安全事故。在激光冲击成形中，冲击波的峰值压力与激光输出的脉冲能量的平方根呈正比的关系，冲击波峰值的压力越高，输出的脉冲的能量就越大，过高能量的输出会导致激光器中的泵浦管发热而极大地损伤泵浦管的使用寿命，因此，在实际使用中，激光脉冲的能量常常只有几个至几十个焦耳，激光冲击波的峰值压力也不是特别高。目前，以各种透明材料和水之类液体作为约束层的激光冲击成形技术主要用在厚度较薄微小零件成形，而对于厚度较厚板料的大面积，成形深度较深的成形难以满足要求，甚至根本无法成形，这样限制了激光冲击成形技术的进一步推广应用。

目前，爆炸成形技术已得到了广泛的应用，即爆炸前将平板金属板料放在凹模上，并加以密封；用压边圈压紧板料，抽出凹模内空气后在上端水套中放置炸药包；爆炸冲击载荷通过水介质的传递，作用于板料表面，使板料向凹模内流动；当板料与凹模完全贴合时，爆炸拉伸成形完成。此方法可以提供足够强的的冲击波来使板料成形，但其自动化程度低，生产效率低下，炸药的运输和安装的过程中存在安全隐患，危险系数高。

发明内容：

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种金属板料冲击波成形方法，该成形方法具体步骤如下：

(1)将金属板料30放置在凹模19上，并将吸收层29覆盖在所述金属板料30上表面，将压力室壳体22放置在所述吸收层29上，并用压力室螺栓20将所述压力室壳体22与所述凹模19连接；供气开始前，计算机15向控制器14发出信号，抽气截止阀17打开并使抽气泵16开始工作，所述抽气泵16将压力室27中的空气通过管道抽出，当压力表6达到预定值时，所述压力表6将所述压力室27中的压力信息反馈给所述控制器14，所述控制器14发出指令使所述抽气泵16停止工作，并使所述抽气截止阀17关闭，完成抽气；所述计算机15向所述控制器14发出信号打开供氢截止阀8和供氧截止阀13，从而使氢气瓶10和氧气瓶11通过管道向所述压力室27供气，管道上设有供氢流量计9和供氧流量计12，所述供氢流量计9和所述供氧流量计12用于计量管道中气体的体积，所述供氢流量计9和所述供氧流量计12将体积信息反馈给所述控制器14，所述控制器14控制所述供氢截止阀8和所述供氧截止阀13的开合，从而保证向所述压力室27中的提供的氢气与氧气的体积比为2:1，所述压力室27中的混合气体压力由所述压力表6显示，当压力达到预定值时，所述压力表6将压力信息反馈给所述控制器14，所述控制器14使所述供氢截止阀8和所述供氧截止阀13关闭。