[发明专利]基于激光冲击波和振动技术的金属板材成形方法及装置

权利要求书

1.基于激光冲击波和振动技术的金属板材成形方法，其特征在于该方法具体步骤如下：

(1)将金属板材(10)上表面擦拭干净并晾干后，在所述金属板材(10)上表面涂覆一层厚度为0.10mm的黑漆作为激光的能量吸收层(9)；

(2)第二密封圈(25)安装在模具(11)的环形密封槽内，将带有所述能量吸收层(9)的所述金属板材(10)通过带有中孔的压料板(7)固定在所述模具(11)上；

(3)所述模具(11)固定在水槽(8)底部，将所述水槽(8)固定在振动器工作台(19)上；

(4)所述水槽(8)侧壁上设有环形密封槽，将第一密封圈(12)安装在所述环形密封槽内，端部带有管螺纹的排气管(13)穿过所述水槽(8)侧壁上设有的环形密封槽，所述排气管(13)的一端与所述模具(11)的排气孔连接，所述排气管(13)的另一端位于所述水槽(8)的外部，所述排气管(13)的另一端与单向阀(14)相连；

(5)打开位于所述水槽(8)上方的水龙头(24)向所述水槽(8)内注入水(6)，所述水槽(8)中的水(6)将所述能量吸收层(9)浸没，水面至能量吸收层的距离为150-600mm；

(6)计算机(23)发出指令，激光发生器(1)发出脉宽为ns量级、单脉冲能量为2-100J、功率密度为GW/cm²量级的激光脉冲束(3)，所述激光脉冲束(3)依次经过全反镜(4)、冲击头(5)和有约束作用的水(6)后辐照在所述能量吸收层(9)上产生高压冲击波，所述高压冲击波使金属板材(10)产生变形，并使变形后的所述金属板材(10)与所述模具(11)模腔之间的体积逐渐减小，所述模腔内的空气通过所述排气管(13)及所述单向阀(14)后向外排出，所述金属板材(10)与所述模具(11)模腔贴合；

(7)所述计算机(23)再次发出指令，通过控制器(22)使所述振动器工作台(19)接通电源、开始工作，所述振动器工作台(19)的振动频率为10-2000Hz、振幅为0.01-0.5mm、振动时间为2-3分钟；

(8)拧开放水螺塞(20)，把所述水槽(8)中的水(6)放尽，从所述水槽(8)中取出所述模具(11)，打开所述压料板(7)，从所述模具(11)中取出金属成形件。

2.基于激光冲击波和振动技术的金属板材成形装置，其特征在于该装置包括激光发生器(1)、导光系统、工件夹具系统、密封系统、控制系统及振动系统；所述导光系统包括导光管(2)、全反镜(4)及冲击头(5)，所述导光管(2)的一端连着激光发生器(1)，所述导光管(2)依次把所述激光发生器(1)、全反镜(4)及所述冲击头(5)连接起来，所述导光管(2)的另一端连接所述冲击头(5)，所述冲击头(5)中含有聚焦凸透镜，所述冲击头(5)对准所述工件夹具系统中的金属板材(10)；所述工件夹具系统包括压料板(7)、模具(11)、水槽(8)、水(6)、水龙头(24)及放水螺塞(20)，能量吸收层(9)涂覆在所述金属板材(10)的上表面，所述压料板(7)把所述金属板材(10)压在所述模具(11)上，所述模具(11)固定在所述水槽(8)的底部，所述放水螺塞(20)通过防渗垫片(21)安装在所述水槽(8)侧壁底部的螺纹孔上，所述水龙头(24)位于所述水槽(8)的上方，所述水槽(8)中的水(6)将所述能量吸收层(9)浸没，水面至所述能量吸收层(9)的距离为150-600mm；所述密封系统包括堵头(27)、软垫片(26)、第二密封圈(25)、排气管(13)、第一密封圈(12)、单向阀(14)及金属板材(10)，所述第二密封圈(25)安装在所述模具(11)的环形密封槽内，所述第二密封圈(25)高出所述模具(11)的上表面，在所述金属板材(10)安装好后有0.2-0.45mm的压缩量，所述堵头(27)通过所述软垫片(26)与所述水槽(8)底部的管螺纹连接，所述排气管(13)的一端通过管螺纹与所述模具(11)上的排气孔连接，所述排气管(13)的另一端穿过所述水槽(8)侧壁上的环形密封槽和第一密封圈(12)与所述单向阀(14)连接；所述振动系统包括螺母(15)、防松垫片(16)、螺栓(17)、固定块(18)及振动器工作台(19)，所述振动器工作台(19)的高度能够调节，所述螺栓(17)、防松垫片(16)和所述螺母(15)将左右对称设置的所述固定块(18)固定在所述振动器工作台(19)的T型槽上，调节所述固定块(18)之间的距离，将所述水槽(8)固定，以保证在振动的情况下所述水槽(8)不发生位移；所述控制系统包括计算机(23)及控制器(22)，所述计算机(23)通过所述控制器(22)控制所述振动器工作台(19)的运动，所述计算机(23)通过所述控制器(22)控制所述激光发生器(1)发出的激光脉冲束(3)。