[发明专利]一种金属板激光喷丸的水约束层调控装置及方法

说明书

本发明涉及一种金属板激光喷丸的水约束层调控装置及方法。包括：刚性约束系统，当所述金属板处于激光成形位置时，所述刚性约束系统与所述金属板间隔一固定距离设置；其中，所述固定距离用于在所述金属板表面用于形成均匀厚度的水流约束层；水约束层控制系统，用于平稳地向所述水流约束层喷射去离子水；其中，所述水约束层控制系统包括：去离子水源、调压阀、蓄水桶和喷嘴，所述去离子水源通过水管依次与所述调压阀、所述蓄水桶以及所述喷嘴连接；激光喷丸成形系统，用于输出激光束至所述金属板的位于所述水流约束层的表面，对所述金属板进行激光喷丸。提高金属板激光喷丸成形表面质量和成形效果，改善了激光喷丸成形金属板的成形精度。

技术领域

本发明涉及金属板激光喷丸加工技术领域，特别是涉及一种金属板激光喷丸的水约束层调控装置及方法。

背景技术

激光喷丸成形是在激光冲击/喷丸强化基础上衍生出的一种塑性成形技术，该技术利用强激光冲击波的力学效应，对金属板料实现精密塑性成形。因此，该技术适用于需精密且高曲率板料的塑性成形。此外，激光喷丸成形技术可实现大厚板精密成形，无需模具，适用于机翼壁板的精密塑性成形。

为提高激光冲击波的力学效应，需在金属板料成形区域表面形成一定厚度的约束层，提高激光喷丸成形诱导冲击波峰值压力，改善金属板料的成形能力。因此，约束层厚度和均匀性、材质等直接影响激光喷丸成形的成形效果。目前，国内外普遍采用水流作为金属板料的约束层，主要优点为适用于加工曲面，易清理，廉价，重复性好，且流动水帘可带走固体粉尘颗粒。

当金属板料表面提供不平稳的水约束层时，辐射在金属板料表面的激光束会产生聚焦效应，提高金属板料局部冲击波峰值压力，使金属板料表面成形区域产生水纹压痕，且有可能使吸收层产生破损，从而降低金属板料表面成形质量和成形效率。此外，当金属板料表面提供厚度不均匀的水约束层时，金属板料成形区域的凹坑底部不平整且残余压应力分布不均匀，降低了金属板料的成形精度。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例第一方面提供了一种金属板激光喷丸的水约束层调控装置，包括：刚性约束系统、水约束层控制系统、激光喷丸成形系统。能提高金属板激光喷丸成形表面质量和成形效果，改善了激光喷丸成形金属板的成形精度。

本发明实施例第二方面提供了一种金属板激光喷丸的水约束层调控方法，能提高金属板激光喷丸成形表面质量。

(2)技术方案

本发明的实施例第一方面提出了一种金属板激光喷丸的水约束层调控装置，包括：

刚性约束系统，当所述金属板处于激光成形位置时，所述刚性约束系统与所述金属板间隔一固定距离设置；其中，所述固定距离用于在所述金属板表面用于形成均匀厚度的水流约束层；

水约束层控制系统，用于平稳地向所述水流约束层喷射去离子水；其中，所述水约束层控制系统包括：去离子水源、调压阀、蓄水桶和喷嘴，所述去离子水源通过水管依次与所述调压阀、所述蓄水桶以及所述喷嘴连接；

激光喷丸成形系统，用于输出激光束至所述金属板的位于所述水流约束层的表面，对所述金属板进行激光喷丸。

进一步地，所述水约束层调控装置还包括：金属板移动控制系统，用于支撑并移动所述金属板至所述激光成形位置。

进一步地，所述金属板移动控制系统包括：

夹具，用于支撑并固定所述金属板；

机械手，所述机械手与所述夹具连接，用于驱动所述夹具移动；

第一控制器，所述第一控制器与所述机械手连接，用于输出信号控制所述机械手按照预定轨迹移动，直至所述机械手移动所述金属板至所述激光成形位置。

进一步地，所述刚性约束系统包括：