[发明专利]一种吸收层可调的激光冲击成形装置和方法

说明书

本发明涉及一种吸收层可调的激光冲击成形装置及成形方法，包括磁场施力系统、工作槽和激光喷丸成形系统，磁场施力系统一部分紧贴工作槽上方，对工作槽里的液体进行密封，激光喷丸成形系统位于工作槽上方。磁场施力系统通过对电流大小和方向的控制来调整线圈生成磁场的方向和大小，进而产生对环形磁铁不同的施力情况。本发明利用了通电线圈产生磁场与环形磁铁会产生作用力的特点，来对工作槽内的液体进行挤压，从而实现对液体吸收层厚度的调整，可适用于各种大尺寸变厚度高端结构件。

技术领域

本发明属于激光冲击成形领域，特别涉及一种吸收层可调的激光冲击成形装置和方法。

背景技术

激光喷丸成形是一种柔性精密无模成形新方法，它是在待加工工件表面依次覆盖吸收层和约束层，激光透过约束层，垂直照射工件，被吸收层吸收，吸收层气化、电离、爆炸、膨胀，在工件表面诱导高压等离子体冲击波，超高压等离子体冲击波作用于工件表面，并利用高能激光束对板料的逐点逐次冲击，使金属材料产生压缩塑性变形，利用金属材料塑性延展变形特性,积小变形成宏观的大变形。已被广泛应用于航空航天、空间科学、海洋船舶等领域。

吸收层用于吸收激光能量，并保护工件表面。当前激光冲击加工，吸收层必须要在激光冲击加工前预先喷涂或者预先贴覆，一个激光脉冲作用于吸收层后，吸收层被烧蚀、气化、电离，其厚度一般都会变薄或者完全被破坏。若需要同点多次连续激光冲击，或者单位面积上高密度连续激光冲击，由于吸收层厚度不同每次冲击的作用力也有差距，大量存在误差的作用力叠加将大大影响工件的成形精度，而且若无吸收层保护的工件表面也会被激光烧蚀破坏。因此，在实际应用中，当吸收层变薄或者损坏后，为了避免工件表面被烧蚀破坏或者为保证冲击效果，通常采用厚度大一点的吸收层，或者离线再次喷涂或贴覆吸收层。可操作性差，效率低，又无法解决精度低的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种吸收层可调的激光冲击成形装置和方法，该装置适用于同点多次连续激光冲击或者高密度连续激光冲击加工的场合。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种吸收层可调的激光冲击成形装置，包括纳秒激光器、反射镜和聚焦镜组成的光路系统，所述聚焦镜下方设置有工作槽，所述工作槽的内壁面上设置有滑块，所述滑块与工作槽的内壁面滑动副连接，所述滑块固定在夹持块上，所述夹持块内嵌套有环形磁铁，所述环形磁铁与磁场施力系统磁路连接，所述夹持块的上下两侧均安装光学玻璃，所述工作槽整体固定在x-y-z三轴加工平台上，所述工作槽内装有约束介质，所述工作槽的槽壁上安装有吸收介质输送系统。

上述方案中，所述磁场施力系统包含可控直流电源、换向器和线圈组成的电路系统，所述线圈位于所述环形磁铁的上方。

上述方案中，所述吸收介质输送系统包括依次连接在一起的流量阀、第一储液池、液压泵、第二储液池和安全阀，所述流量阀和所述安全阀均通过管道与所述工作槽连通。

上述方案中，所述工作槽内还安装有超声波振棒、温度控制器和压力传感器探头，所述工作槽外安装有第一三维信息采集器和第二三维信息采集器，所述第一三维信息采集器斜对待加工工件的加工表明，所述第二三维信息采集器与待加工工件的上表面持平。

上述方案中，所述安全阀通过安全阀阈值控制器与计算机连接，所述超声波振棒通过超声波控制器与计算机连接，所述x-y-z三轴加工平台通过运动控制器与计算机连接，所述压力传感器探头通过压力传感器与计算机连接，所述温度控制器、所述流量阀、所述液压泵、所述可控直流电源、所述换向器和所述纳秒激光器均与计算机连接。

上述方案中，所述液体吸收介质的密度大于液体约束介质且两者互不相融。

上述方案中，所述纳秒激光器采用高斯光斑，光斑的直径为5-8mm，激光能量为50-100J，所述流量阀流速为5-20cm3/min。