[发明专利]一种中频电磁感应加热辅助激光冲击微成形的方法和装置

权利要求书

1.一种中频电磁感应加热辅助激光冲击微成形的装置，其特征在于，所述装置包括激光发生系统和内嵌式电磁感应加热模具两部分；

所述激光发生系统用于产生短脉冲激光对薄片靶材进行激光冲击微成形；

所述内嵌式电磁感应加热模具包括上盖板，薄片靶材，上盖板内嵌线圈，上线圈导线，下线圈导线，下模具内嵌线圈，导柱，模具型腔，支撑脚座；所述上盖板和模具型腔内分别内置有上盖板内嵌线圈和下模具内嵌线圈，所述上盖板内嵌线圈和下模具内嵌线圈外部均通过绝缘耐高温隔热罩进行封装，以避免感应加热过程中线圈与薄片靶材直接接触造成的短路；所述上盖板和模具型腔通过四根导柱定位配合，所述导柱与模具型腔为一体化制造成型，通过导柱将上盖板、模具型腔以及中间的薄片靶材夹紧固定；所述薄片靶材与四根导柱的外圆面相切，以此限制其三个方向的自由度；所述上线圈导线和下线圈导线均通过铰接方式连接到上盖板内嵌线圈和下模具内嵌线圈上，用于提供恒压中频交流电；所述支撑脚座通过焊接方式连接到模具型腔的下平面上，起稳定支撑作用。

2.如权利要求1所述的一种中频电磁感应加热辅助激光冲击微成形的装置，其特征在于，所述激光发生系统包括：脉冲激光发生器，谐振腔和会聚凸透镜，由脉冲激光发生器产生的脉冲激光通过谐振腔的调制作用放大成冲击强化所需的高能激光束，然后经过会聚凸透镜的进一步聚焦作用到薄片靶材表面。

3.如权利要求1所述的一种中频电磁感应加热辅助激光冲击微成形的装置，其特征在于，所述绝缘耐高温隔热罩的材质为硅酸钙。

4.如权利要求1所述的一种中频电磁感应加热辅助激光冲击微成形的装置，其特征在于，在导柱上端攻有螺纹并通过四对紧固螺帽将上盖板、模具型腔以及中间的薄片靶材夹紧固定。

5.使用如权利要求1所述装置实施中频电磁感应加热辅助激光冲击微成形的方法，其特征在于，在激光冲击成型微结构之前利用中频电磁感应加热装置对预置吸收层的薄片靶材进行由内到外的均匀透热，以此增强材料的自由能，进而强化材料的塑韧延展性；此外在激光冲击成型微结构过程中通过磁场的作用产生磁致塑性效应控制材料均匀低速流动，以此实现超过材料本身变形极限的大深度拉深成型，具体步骤如下：

1)将预置了铝箔吸收层的薄片靶材水平安置于模具型腔上方，通过外围的四根导柱进行定位，将上盖板上的四个定位孔穿过导柱并通过四组紧固螺帽实现薄片靶材的夹紧固定；

2)在固定好的薄片靶材上水平放置有机耐高温玻璃作为约束层，对上盖板内嵌线圈和下模具内嵌线圈内通交流电以此预热薄片靶材，预热时间在t₁～t₂之间，峰值温度在T₁～T₂之间；

3)当薄片靶材表面温度达到预期温度T₃时，T₁≤T₃≤T₂，利用激光发生系统产生GW/cm²级的超高功率密度的短脉冲激光，穿过约束层作用在铝箔吸收层上，瞬时气化吸收层产生高能等离子体，等离子体继续吸收能量爆炸产生超强冲击波作用于薄片靶材表面；

4)薄片靶材在GPa级的超强冲击波和磁致塑性效应的共同作用下，在模具型腔内成形出预置的拉深筒状特征；

5)关闭激光发生器和电磁感应加热装置，待成形件冷却到室温后取出。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述薄片靶材的拉深区域直径应小于或等于激光光斑直径，同时大于等于激光光斑直径的1/2；薄片靶材的最大厚度不超过0.15mm。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，中频电磁感应加热的主要参数如下：频率范围为500～2000Hz，功率范围为100-3000kW，预加热时间为1～2s，峰值温度在T₁：400℃～T₂：550℃之间，薄片靶材7表面预期温度T₃为500℃。