[发明专利]一种以爆炸冲击波为约束层的激光喷丸成形装置及方法

说明书

本发明涉及一种以爆炸冲击波为约束层的激光喷丸成形装置及方法，包括约束层制备系统和激光喷丸成形系统，约束层制备系统固定不动，激光喷丸成形系统正对爆炸颗粒冲击波开口处。约束层制备系统包括爆炸颗粒球传输装置和爆炸颗粒球引爆装置，主要包括伸缩杆、门形支撑板、风机等设备，可将爆炸颗粒球悬浮在空中，然后用纳秒激光器对爆炸颗粒球进行点燃爆炸；激光喷丸成形系统由百焦耳级激光器直接照射在工件表面。本发明运用了流体动力学理论，结合高压气流存在相互作用的的特点，通过爆炸颗粒球产生的冲击波对工件表面生成的等离子体气流进行约束并加强，从而起到约束层的效果。

技术领域

本发明属于激光冲击成形领域，特别涉及一种以爆炸冲击波为约束层的激光喷丸成形装置及方法。

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被约束层限制扩散，强作用于工件表面。

目前所采用的约束层通常有玻璃、流水以及柔性贴膜等，其中水因为成本低、柔性好、适应性强等特点得到了最为广泛的使用，但其中一个重要的缺点是水层的刚性不足。玻璃约束层可大幅度提高冲击波压力和冲击，但也存在消耗大，成本高，更换麻烦的问题。柔性约束层在激光冲击过程中易产生气泡，不利于连续冲击。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以爆炸冲击波为约束层的激光喷丸成形装置及方法，该装置以爆炸冲击波为约束层，提供了一种新的冲击方式。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种以爆炸冲击波为约束层的激光喷丸成形装置，包括激光喷丸成形系统和第二纳秒激光器，所述激光喷丸成形系统的约束层侧设置有爆炸冲击波约束腔，所述炸冲击波约束腔内设置有爆炸颗粒球，所述第二纳秒激光器发出的光斑正对所述爆炸颗粒球。

上述方案中，所述爆炸冲击波约束腔包括挡板和机架，所述挡板和机架之间设置有光学玻璃，所述第二纳秒激光器发出的激光光束穿过所述光学玻璃后正对所述爆炸颗粒球，所述挡板、所述机架和所述光学玻璃围成的空腔为爆炸冲击波约束腔。

上述方案中，所述机架内设置有颗粒爆炸球储存箱和爆炸颗粒球输出管道，所述爆炸颗粒球输出管道与所述颗粒爆炸球储存箱连通，所述爆炸颗粒球输出管道上设置有第二风机，所述爆炸颗粒球输出管道出口处设置有环形挡板，所述环形挡板下方设置有若干第一风机，所述第二风机用来将所述颗粒爆炸球储存箱内的爆炸颗粒球沿爆炸颗粒输出管道输送至所述爆炸冲击波约束腔内，所述第一风机用来控制所述爆炸颗粒球在所述爆炸冲击波约束腔内的位置。

上述方案中，所述爆炸颗粒球输出管道内设置有门形支撑板，所述门形支撑板位于颗粒爆炸球储存箱的出口处，所述门形支撑板的下方与伸缩杆连接，所述伸缩杆与第二电机固定连接，所述门形支撑板用来将所述颗粒爆炸球储存箱内的爆炸颗粒球输送至所述第二风机处。

上述方案中，所述机架内设置有第一电机，所述爆炸颗粒球输出管道内设置有伸缩板，所述伸缩板位于所述第二风机和所述爆炸颗粒球输出管道的出口之间，所述第一电机通过控制所述伸缩板的运动位置实现对所述爆炸颗粒球输出管道的通断。

上述方案中，所述爆炸冲击波约束腔附件设置有第一三维信息采集器。

上述方案中，所述激光喷丸成形系统包括x-y-z三轴加工平台和纳秒激光器，所述x-y-z三轴加工平台上固定有目标板材，所述目标板材上设置有吸收层，所述第一纳秒激光器发出的激光依次通过反射镜和聚焦镜后聚焦在所述吸收层上。

上述方案中，所述吸收层附件设置有第二三维信息采集器。

上述方案中，所述x-y-z三轴加工平台与运动控制器连接，所述运动控制器、所述第一纳秒激光器、所述第一三维信息采集器、所述第二三维信息采集器、所述第二纳秒激光器、所述第一风机、所述第二风机、所述第一电机和所述第二电机均与计算机信号连接。