[发明专利]一种电磁辅助铝合金激光冲击成形方法及装置

说明书

本发明提供了一种电磁辅助铝合金激光冲击成形方法及装置，根据板材弯曲成形要求将铝合金板材表面分为内凹表面和外凸表面；在铝合金板材两端施加电场，在铝合金板材另两端施加磁场，所述电场方向垂直于磁场方向，通过磁场力作用使电场产生的电荷正负分开，所述内凹表面上分布正电荷，所述外凸表面上分布负电荷；在内凹表面涂覆吸收层，在内凹表面设有连续流动的约束层，通过脉冲激光冲击内凹表面，得到具有弧度的铝合金板材。本发明在电流及磁场作用下，铝合金板件的流动应力和变形阻力大幅降低，有效抑制材料表面应力回弹量，显著提升板件的极限成形尺寸。

技术领域

本发明涉及铝合金板材成形领域，具体涉及一种电磁辅助铝合金激光冲击成形方法及装置。

背景技术

铝合金比重小，强度高，满足航空航天装备轻量化的设计发展要求，在航空航天领域的复杂薄壁构件上应用广泛。当前薄壁构件的成形主要以有模成形为主，成形构件质量差，模具费用昂贵，适用于简单的薄壁构件的批量生产，难以应对新时代背景下航空铝合金高性能薄壁构件多品种小批量的生产需求。因此，研发面向航空铝合金复杂薄壁构件的高效精密无模成形技术具有重要的研究和应用价值。

目前，在金属板材成形领域，存在多种无模成形技术可以实现铝合金薄壁构件的成形，如成形锤渐进成形、数字化渐进成形、机械冲击成形等。但这些成形工艺受各自的缺陷影响，所制备的成形件表面质量差，成形板材易回弹，成形精度低，难以在应用环境复杂的航空铝合金成形构件上应用。

激光冲击成形作为一种新型无模成形技术，已广泛应用于金属板材的成形领域中，其利用激光辐照金属板材表面所产生的GPa量级等离子体冲击波使金属板料发生无回弹、具有超高应变率的塑性变形，是一种速度快、精度高、成形与强化一体的金属板材应力成形技术。例如，现有技术提出了一种多点激光冲击成形方法，该方法采用多个激光器冲击板材相应位置，实现板材的整体成形，但由于无法克服激光冲击成形过程中金属板材的加工硬化，使得金属板材的极限成形尺寸较小。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种电磁辅助铝合金激光冲击成形方法及装置，通过引入电流及磁场辅助激光冲击实现铝合金板材的宏观塑形成形。电流及磁场作用下，铝合金板件的流动应力和变形阻力大幅降低，有效抑制材料表面应力回弹量，显著提升板件的极限成形尺寸；受电致塑性、霍尔效应的影响，电磁辅助激光冲击制备的成形铝合金板材基体材料近表层的晶粒更加细化，硬度显著提高，无拉伸微裂纹产生，成形板材表面质量也得到有效改善，使得成形航空铝合金薄壁构件具有较高的机械强度。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种电磁辅助铝合金激光冲击成形方法，包括如下步骤：

根据板材弯曲成形要求将铝合金板材表面分为内凹表面和外凸表面；

在铝合金板材两端施加电场，在铝合金板材另两端施加磁场，所述电场方向垂直于磁场方向，通过磁场力作用使电场产生的电荷正负分开，所述内凹表面上分布正电荷，所述外凸表面上分布负电荷；

在内凹表面涂覆吸收层，在内凹表面设有连续流动的约束层，通过脉冲激光冲击内凹表面，得到具有弧度的铝合金板材。

进一步，还包括如下步骤：对铝合金板材表面进行预处理，使表面粗糙度值≤50μm。

进一步，所述铝合金板材表面进行预处理，具体为：通过不同粒径的砂纸对板材表面进行打磨后抛光，并使用无水乙醇溶液对处理后表面进行超声清洗烘干。

进一步，在铝合金板材两端安装固定夹具，所述固定夹具为导电材料，两个所述固定夹具分别与电流发生器连接，用于在铝合金板材两端产生电场。

进一步，安装在固定夹具上的铝合金板材的外凸表面与固定夹具底面之间设有间隙，用于预留铝合金板材形变的空间。

进一步，所述铝合金板材内的电流强度可调范围不超过1kA。