[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

说明书

本发明公开一种基于激光冲击波和振动技术的金属板材成形方法及装置，属于机械零件快速制造技术领域。本发明采用单个脉冲激光在水下诱导冲击波对金属板材进行多次加载，利用单向阀的单向排气性控制板材成形过程中的回弹和振荡，并采用振动方法消弱金属板材在成形过程中的塑性变形的抗力，加速金属板材的塑性流动和成形，进一步减小回弹，从而使金属板材和模具型面精密地贴合，得到高精度的成形件。本发明所使用的设备简单，操作方便，诱导的冲击波压力高且可以多次利用，成形件的弹性回复小，塑性变形量大，成形的精度高。

技术领域：

本发明属于机械零件快速制造技术领域，涉及一种基于半模成形薄板的方法和装置，尤其涉及一种基于激光冲击波和振动技术的金属板材成形方法及装置，本发明特别适合于常温下难成形和高回弹材料的薄板成形。

背景技术：

铝合金、镁合金、钛合金等轻质合金薄板，由于其成形件具有强度高、重量轻等优势，因而被广泛应用于航空航天、汽车覆盖件、微电子、仪表等行业，在国民经济中占据着重要的位置。冲压成形是薄板塑性成形最常用加工方法之一，利用液压机对金属薄板施加压力，使其产生与模腔一样的塑性变形，从而获得一定形状的零件。冲压成形方法适用于材料延展性好的大批量的薄板件快速成形，具有较高的生产效率，但存在着模具制作过程周期长、费用大、制造成本高等不足，并且容易受到模具尺寸的限制。对于常温下难成形的轻合金如镁合金、铝合金、钛合金等板材，由于其屈服极限较高，在实施冲压的过程中，液压力需要在30-200MPa之间，因此成形过程中对设备性能的要求较高，尤其是对液压设备的密封性提出了很高的要求，但高压下泄漏不可避免。需要特别强调的是，铝合金、镁合金等在常温下成形的性能较差，成形后的回弹量甚至能达到50％以上，因此必需要在成形的液压系统中保压很长一段时间，以尽量减少液压力去除后成形件的回弹量。

在激光冲击成形中，金属板材从激光冲击波中获得动能和动量，高速运动，金属板材变形的瞬时速度为几百米每秒，甚至是千米每秒，在变形过程中，动能转化为塑性功和存贮在金属板材中的弹性势能，当速度降为0时，塑性变形的深度达到了最大，随后大量存贮在金属板材中的弹性势能要释放，势能又转化为动能，使金属板材反方向再运动，弹性势能再转化为动能，如此反复，回弹不仅导致了塑性变形深度变小，而且还导致了金属板材变形区的长时间的反复震荡，最后停止，大大降低了成形的效率和成形精度。

中国专利CN1751837A公开一种水下激光冲击成形的方法，该方法在工件前方设置弹性膜带，激光辐照在膜带上的吸收层后产生冲击波，冲击波在水中传播一端距离后达到工件的表面，对工件进行冲击成形。虽然用激光诱导的冲击波作为成形的动力源，但是由于使用弹性膜带，使在膜带表面产生的冲击波压力的峰值有着较大的减缓作用，而且依靠介质水远距离传递冲击波，由于水的减缓作用，传到工件表面的冲击波的压力进一步衰减，大大地消弱了成形效果。更为重要的是该方法难以消除板料高速冲击后的回弹，因此成形件的精度较差。

发明内容：

本发明的目的是为了解决轻合金板材在常温下冲击成形后回弹量较大所造成的精度不高的问题，提供一种基于激光冲击波和振动技术的金属板材成形方法及装置，本发明是以激光冲击波诱导的脉冲压力为动力的半模高精度金属板材成形方法及装置。

本发明所提供的基于激光冲击波和振动技术的金属板材成形方法具体步骤如下：

(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。