[发明专利]一种激光直接复合微塑性成形装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工微机电系统(MEMS)零件技术领域，特指一种激光微成形方法与装置。

发明背景

近年来，随着微纳米技术的逐步兴起以及电子产品中微型化趋势的不断发展，以本身形状尺寸微小或者操作尺寸微小的微机械技术已成为人们在认识微观领域和改造客观世界的一种高新技术。特别是随着社会的不断进步和人们生活水平的日益提高，人们对于日常生活产品的要求日趋智能化、微型化、多功能集成化等，这就使得在设计和制造产品的过程当中，充分考虑到以上功能的要求。

随着产品微型化的趋势发展，基于传统塑性成形方法的微成形工艺仍然有其局限性，微成形装置的体积一般都比较小，使得其内部结构相比于传统的成形设备更加复杂，由于零件要求的精度很高，这使得制造微成形装置较为困难。目前的微成形装置存在加工操作难度较高，加工效率较低的问题，同时准静态塑性微成形受到尺度效应的影响，材料成形能力下降，难以满足一些高硬度高脆性难成形材料的加工，使其在工业生产中受到很多的限制。

近年来结合塑性加工方法的微成形技术得到了很大发展，研究和应用较多的有微挤压、微压印、微钣金、微拉深、微冲压、微锻、微轧制和微无模成形工艺。

虽然上述的微成型技术，在一定程度上满足了微成形产品加工的需要；但随着激光器件及系统的飞速发展，激光技术也广泛应用于材料加工。以激光冲击为代表的激光加工技术，在材料加工领域发展迅速，其应用范围广、工艺灵活多样，加工精度高、质量好，易于控制和实现柔性及智能加工，被誉为“未来制造系统的共同加工手段。

申请号为01134063.0的中国专利一种激光冲击精密成型方法及装置，具有利用激光冲击技术实现常规方法难以成形的或者无法成形的材料成形。申请号为200610161633.6的中国专利激光冲击成形强化系统，具有激光冲击波参数与工件轨迹的精确控制的特点。专利一种激光冲击精密成型方法及装置和专利激光冲击成形强化系统的方法与装置并不能解决产品的批量化及在一次激光冲击制造零件的过程中实现切边、冲裁和冲孔等同步的复合工艺过程。本发明具有激光加工零件的优点，并且在此之上提出了利用复合微模具的成形效应设计复合微模具，使得工件在一次激光冲击制造过程中完成对工件的拉深、切边和冲孔的复合工艺，由于特制微模具上具有一定数量按一定次序排列的复合模，所以在一次冲击过程中实现了单一零件的批量生产，降低了生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的金属箔板类微型工件的批量成形的方法和装置。其特征在于激光经透镜聚焦后穿过约束层，并作用于能量吸收层，能量吸收层充分吸收高能激光的能量，而在极短时间内形成一个高温高压的等离子体层，该等离子体层迅速向外喷射，由于约束层的存在，等离子体的膨胀受到约束层限制，导致等离子体压力迅速升高，结果给予工件一个冲击加载，产生向金属内部传播的强烈冲击波，这样工件便在约束层与复合微模具间受到挤压，由于复合微模具的限制作用，使工件产生塑性变形，复制出复合微模具的形貌。复合微模具上具有拉伸凹模、切边凹模和冲孔凸模。切边凹模为环形凹腔，环绕在拉伸凹模凹腔边缘外围，冲孔凸模位于拉伸凹模腔内。拉伸凹模具有圆角边缘，切边凹模和冲孔凸模具直角边缘，在激光冲击加载过程中拉深凹模对工件起到拉深作用；切边凹模对工件起到切边作用；冲孔凸模对工件起到冲孔作用，在一次冲击过程中便实现了对工件的拉深、冲孔与切边。所述的拉伸凹模和冲孔凸模的形状可根据成形工件的成形要求来设计。确定相对位置关系的拉伸凹模、切边凹模和冲孔凸模构成复合微模具上一组复合成形模。复合微模具上的复合成形模按照N×M成阵列排列，N和M数量按照所需生产零件数量确定，根据工件的大小调整加载在能量吸收层上的激光能量和光斑，实现激光在一次加载过程中完成对工件的批量成形。