[发明专利]一种多点激光冲击成形装置及成形方法

说明书

本发明涉及激光冲击成形技术领域，尤其涉及一种多点激光冲击成形装置及成形方法，其结构为：激光器群由若干个相互独立的单个脉冲激光器组成，每一个脉冲激光器由激光器控制系统单独控制，使各脉冲激光器在同一时间能够分别发出具有相同或不同参数的激光束；各脉冲激光器呈二维平面排布，工件夹持系统用于固定工件，并使工件能接激光冲击；工作台用于承载待加工工件。本发明提出的多点激光成形技术，集合多个激光器同时作业，利用激光参数决定成形效果的原理，由个体激光器在相应作用位点分别产生局部变形，并列叠加即可实现板材的整体成形，可实现对金属材料、无机材料、高分子材料以及复合材料等的局部胀形，弯曲，板料校平以及仿形等成形加工。

技术领域

本发明涉及激光冲击成形技术领域，尤其涉及一种多点激光冲击成形装置及成形方法。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

金属薄板的塑性成形在汽车业、航空航天等领域占据重要地位。目前国内外常用的金属薄板成形方法为冲压成形，通过冲头运动与模具的配合实现板材的精确成形，但其存在着模具成本高，生产周期长、效率低，加工材料受限等缺点。

申请号为CN200010010773.6的中国专利文献提出了板材无模多点成形装置，采用由多个可独立调整的冲头组成的上下基体群代替了传统模具，实现板材的无模成形，省去模具设计、制造和调试工序，生产准备时间缩短为模具成形的数十分之一，节约制造模具的材料、工具、能源和时间等，还可以在较小设备上成形较大尺寸的板类件，消除回弹、起皱等缺陷。工作效率、加工质量和精度明显提高，加工成本显著下降，可实现自动化控制。然而，本发明人发现该方法中每个冲头只对应一个加工位，只能与加工位下的材料直接接触并引起变形，各加工位难以实现交叉，因此加工件的表面质量较低。另外，多冲头装置一旦制造完成，各冲头的尺寸即无法调整，因此，一套多点成形装置只适合于进行一个尺度范围内的零件的塑性成形。

近年来，激光冲击成形方法得到广泛研究。脉冲激光诱导产生等离子体爆轰波冲击金属，使金属表面发生高应变率塑性流动，可提高材料成形极限，同时获得更高的表面质量。申请号为CN200110034063.1的中国专利文献提出一种激光冲击精密成形方法及装置，利用强脉冲激光冲击工件表面柔性贴膜使其表层气化电离并形成冲击波，由于产生的冲击波压力峰值超过材料动态屈服强度，使成形材料发生明显塑性变形。然而，本发明人发现：虽然该方法可以高效实现材料的塑性变形及局部细微变形，但大面积成形时采用逐点逐次冲击方式加工效率太低。而且，由于激光能量通常呈高斯分布，对光点外围位置材料仍有辐射作用，前一次冲击造成的材料硬化极可能影响第二次冲击的成形效果，冲击引起的板材弯曲等形貌变化也提高了二次冲击的难度，对于形状复杂的工件，加工工艺繁琐，成形精度也受到影响。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种多点激光冲击成形装置及成形方法，该装置不仅能使金属薄板快速成形，而且具有成形复杂零件时依旧高效精确的特点。

本发明的第一目的，是提供一种多点激光冲击成形装置。

本发明的第二目的，是提供一种多点激光冲击成形方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术手段为：

首先，本发明公开一种多点激光冲击成形装置，包括：激光器控制系统，激光器群，工件夹持系统和工作台。其中，所述激光器群由若干个相互独立的单个脉冲激光器组成，每一个脉冲激光器由激光器控制系统单独控制，使各脉冲激光器在同一时间能够分别发出具有相同或不同参数的激光束；各脉冲激光器呈二维平面排布，所述工件夹持系统用于固定待加工工件，并使工件能够接受激光器群的激光束的冲击；所述工作台用于承载待加工工件。

进一步地，还包括工作台控制系统，工作台控制系统主要用于控制工作台进行水平、竖直方向的运动。