[发明专利]一种激光冲击预处理辅助激光动态柔性微成形方法及装置

说明书

本发明公开了一种激光冲击预处理辅助激光动态柔性微成形方法及装置，涉及激光加工成形领域，该装置包括激光加载系统、塑性成形系统、自动换模系统和夹具系统；该方法将工件先辅以激光冲击预处理以实现晶粒细化后再进行激光动态柔性微成形，通过可移动模芯与模芯支撑体，实现晶粒细化预处理和成形加工，本发明利用新型微模具使得在激光动态柔性微成形前先进行激光冲击细化晶粒预处理，使其成形能力得以提升，进而提高其微成形精度、表面质量与成形极限，避免因尺寸效应现象引起的诸如断裂等失效行为。同时，新型微模具的自动换模系统可避免二次装夹，有效节约生产成本。

技术领域

本发明属于微机电系统(MEMS)加工技术和激光微加工技术，特指一种激光冲击细化晶粒预处理辅助激光动态柔性微成形方法及装置。

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，产品微型化的趋势日趋加快，对微、小型零件的需求量也越来越大，特别是微机电系统(MEMS)领域的飞速发展。微型化作为当代科技发展的一个重要方向，微成形技术已成为工业界重点研究对象。

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—激光冲击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。

激光冲击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。申请号为200810019367.2的中国专利强激光冲击微塑性成形的方法及其装置，具有可以实现微尺度下常规方法难以成形或无法成形的复杂器件，具有可以实现大面积微纳尺度的三维成形，具有制造的快速性和可重复性等特点。申请号201610384092.7的中国专利介绍了一种应用激光冲击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。

公开号为CN101214581A的中国专利提出了板材激光软模成形方法及其专用装置，实现了一种模具可适合多种工件成形，模具制造、调整容易，并能增加材料变形程度，减小工件回弹，保证工件质量。但是该方法对工件的微成形还存在一些缺陷，例如尺度效应对微塑性成形的影响仍然存在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：激光冲击成形中工件因尺寸效应现象产生的断裂等失，针对上述问题，本发明提出了一种激光冲击细化晶粒预处理辅助激光动态柔性微成形方法及装置，可实现激光冲击晶粒细化与激光动态柔性微成形前后衔接，使得晶粒细化后的工件成形能力大大提高；同时通过设计一种新型微模具及自动换模系统，避免二次装夹，节约生产成本，适用于批量生产。

本发明是通过如下技术方案得以实现的：

一种激光冲击细化晶粒预处理辅助激光动态柔性微成形的装置，包括激光加载系统、塑性成形系统、自动换模系统和夹具系统；

所述激光加载系统包括纳秒激光器、反射镜和聚焦透镜；所述纳秒激光器发出的激光光束经过反射镜和聚焦透镜后辐照到塑性成形系统；

所述塑性成形系统包括试样系统、三维移动平台和L型底座；所述三维移动平台固定于L型底座上，试样系统设置在三维移动平台上方，所述试样系统从上至下依次包括光学介质、烧蚀层、软膜、待加工工件和模芯支撑体；

所述自动换模系统包括xyz移动平台、旋转底座、旋转电机、可旋转平台、可移动模芯A、可移动模芯B和模芯夹具；