[发明专利]一种激光冲击成形阶梯状筒形件的方法及装置

摘要

本发明公开一种激光冲击成形阶梯状筒形件的方法及装置，属于板料塑性成形技术领域。将纳米粒度的碳颗粒与去离子水均匀混合，然后将混合液喷射在吸收层上作为约束层，当激光束辐照到悬浮的碳颗粒和吸收层后形成作用力方向平行于光轴的轴向冲击波，同时悬浮的碳颗粒吸收激光能量后还会形成向四周传播的侧向冲击波，从而使金属薄板发生塑性变形，金属薄板与凹模的模腔贴合。本发明使用深度可调的组合凹模，利用小能量的脉冲激光束对金属薄板进行多步冲击，最终得到复杂阶梯状筒形件，成形深度大，成形质量好。

主权项

1.一种激光冲击成形阶梯状筒形件的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：/n(1)准备工作：用丙酮清洗待成形金属薄板(21)表面，风干后在所述金属薄板(21)上表面涂覆吸收层(20)，将所述金属薄板(21)放置在凹模(23)上，所述金属薄板(21)下表面与所述凹模(23)上表面贴合，用压边圈(22)和螺钉(18)将所述金属薄板(21)固定在所述凹模(23)上；利用机械臂(17)固定所述凹模(23)，通过计算机(1)使控制器(2)发出指令，控制所述机械臂(17)移动和转动到指定位置，然后调整喷嘴(14)的位置，使去离子水(6)能够喷淋到所述吸收层(20)的表面；/n(2)第一步成形：通过所述计算机(1)使所述控制器(2)发出指令使储液罐阀门(8)打开，使所述去离子水(6)通过三通接头(12)、接管(13)和所述喷嘴(14)喷淋到所述吸收层(20)表面形成约束层(19)；随后，所述控制器(2)发出指令使激光器(3)发射脉冲激光束(4)，所述脉冲激光束(4)经过全反镜(5)反射到达凸透镜(15)，随后所述脉冲激光束(4)通过所述凸透镜(15)后会聚，再穿过所述约束层(19)辐照在所述吸收层(20)上，所述吸收层(20)迅速气化、电离，形成高压等离子体，高压等离子体膨胀后形成激光冲击波，激光冲击波作用于所述金属薄板(21)上，所述金属薄板(21)获得动能和冲量后产生变形并与所述凹模(23)贴合，得到筒形的初步成形件；/n(3)第二步成形：将大螺柱(24)调整到预定位置，形成具有一阶台阶的凹模(23)；通过所述计算机(1)使所述控制器(2)发出指令调整所述机械臂(17)的位置，以调节光斑的大小，使光斑的直径等于所述大螺柱(24)的螺纹小径；所述控制器(2)发出指令打开存储箱阀门(11)，并控制所述存储箱阀门(11)阀口的开度，使通过所述存储箱阀门(11)阀口的碳颗粒(9)的体积与所述去离子水(6)的体积比为1:20，所述去离子水(6)和所述碳颗粒(9)在通过所述三通接头(12)、所述接管(13)和所述喷嘴(14)后充分混合并喷淋到步骤(2)得到的所述初步成形件上；所述控制器(2)发出指令控制所述激光器(3)发出所述脉冲激光束(4)，所述脉冲激光束(4)经过所述全反镜(5)反射到达所述凸透镜(15)，随后所述脉冲激光束(4)通过所述凸透镜(15)后会聚，辐照在悬浮的所述碳颗粒(9)和所述吸收层(20)上，所述碳颗粒(9)和所述吸收层(20)吸收所述脉冲激光束(4)的能量后迅速气化、电离形成高压等离子体，所述高压等离子体的轴向膨胀形成作用力方向平行于光轴的纵向激光冲击波，同时悬浮的所述碳颗粒(9)吸收所述脉冲激光束(4)的能量后形成向四周传播的侧向激光冲击波，所述纵向激光冲击波作用在所述金属薄板(21)的所述初步成形件的端面上，使所述金属薄板(21)沿着深度方向发生第二次变形，侧向冲击波作用在所述金属薄板(21)的所述初步成形件的圆周面上，使所述金属薄板(21)第二次变形后的圆周面依然贴合在所述凹模(23)模腔的壁面并填充圆角，所述金属薄板(21)成形为深度较深及带有一阶台阶的筒形件；/n(4)第三步成形：将小螺柱(25)调整至最终位置，形成具有两个台阶的凹模(23)；通过所述计算机(1)使所述控制器(2)发出指令调整所述机械臂(17)的位置，使光斑的直径等于所述小螺柱(25)的螺纹小径；所述控制器(2)发出指令控制所述激光器(3)发出所述脉冲激光束(4)，所述脉冲激光束(4)经过所述全反镜(5)反射到达所述凸透镜(15)，随后所述脉冲激光束(4)通过所述凸透镜(15)后会聚，辐照在悬浮的所述碳颗粒(9)和所述吸收层(20)上，所述碳颗粒(9)和所述吸收层(20)吸收所述脉冲激光束(4)的能量后迅速气化、电离形成高压等离子体，所述高压等离子体轴向膨胀形成作用力方向平行于光轴的纵向激光冲击波，同时悬浮的所述碳颗粒(9)吸收所述脉冲激光束(4)的能量后形成向四周传播的侧向冲击波，所述纵向激光冲击波作用在步骤(3)得到的所述深度较深及带有一阶台阶的筒形件的端面上，使所述金属薄板(21)再次沿着深度方向发生第三次变形，所述侧向冲击波作用在所述深度较深及带有一阶台阶的筒形件的圆周面上，使所述金属薄板(21)第三次成形后的圆周面依然贴合在所述凹模(23)模腔的壁面并填充圆角，所述金属薄板(21)最终成形为深度较深及带有二阶台阶的筒形件；/n(5)最后，所述计算机(1)使所述控制器(2)发出指令，关闭所述激光器(3)，关闭所述存储箱阀门(11)，关闭所述储液罐阀门(8)；从所述机械臂(17)取下所述凹模(23)，松开所述螺钉(18)，取出所述金属薄板(21)冲击后的成形件，去除成形件表面剩余的所述吸收层(20)，清洗干净并晾干后得到最终成形件。/n