[发明专利]一种激光冲压成形方法及装置

说明书

本发明公开一种激光冲压成形方法及装置，属于激光加工技术领域。该装置包括激光器、导光系统、工件模具系统及控制系统；该成形方法首先将板料和模具放置在密封腔中，使用真空抽气泵将密封腔内的空气抽出，使模腔内形成接近真空状态，然后用激光诱导的冲击波使板料成形。本发明设备简单，无需复杂的模具，通过控制机械手的位置，可实现柔性加工，本发明的加工参数具有良好的可控性，操作安全可靠，本发明具有潜在的市场应用价值。

技术领域：

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种激光冲压成形方法及装置。本发明在板料在接近真空状态下，利用激光诱导等离子体形成高压冲击波的机械力对板料进行冲压成形的方法及装置，特别适用于常规方法难以加工板料的精密成形。

背景技术：

激光冲击成形技术是利用激光诱导高幅冲击波的力效应使板料产生塑性变形的一种新技术，激光冲击成形技术不仅有效克服了板材在冲击成形过程中的回弹问题，而且在激光冲击波作用下，材料的应变率高达10⁶/s以上，有效的增加了材料本身的可成形性，因此，该技术可以对准静态下难以成形的金属材料进行成形。此外，激光参数具有良好的可控性和可重复性，因此金属薄板激光冲击成形技术在航空航天、汽车、模具、船舶等领域有着巨大的应用价值，该技术越来越受工业界的重视。

中国专利“一种提高金属板料激光冲击成形性能的方法与装置(公开号：CN101486129)，该发明是一种提高金属板料激光冲击成形性能的方法与装置，用以提高板料的成形性能，实现板料复杂形状的精确成形，及获得最大的成形极限，特别适合于常规方法难以成形或根本无法成形的材料成形。采用大功率脉冲激光器，经外光路系统在对板料多次冲击或者曲面零件冲击时，通过反馈系统装置预先扫描的板料轮廓的具体信息，反馈到中央控制处理器，将信息输入CAD软件进行曲面建模，确定法线方向，再通过计算机编程控制多轴坐标台的转动，保证激光束入射的方向始终与板料的法线方向一致。该发明一定程度上能够提高板料的成形性能，改善板料表面残余应力场的分布，提高板料的抗应力腐蚀能力和疲劳寿命。

在激光冲击成形的过程中，板料的厚度薄，冲击的区域小，质量轻，激光冲击加载的压力达到几个甚至是几十个GPa，板料在冲击波的压力作用下，发生高速变形。姚红兵等用脉冲激光束加载L₂铝板，研究发现铝板成形过程中的最大速度可高达3700m/s，高速变形的板料与空气剧烈的摩擦使工件的表面的温度急剧上升，高温使板料的表面发生熔化，改变板料的内部组织结构，使成形件的质量下降；板料在冲击变形时，空气会对板料成形产生阻碍作用，降低了板料成形的速度，克服变形的阻力，则需要增大激光能量，高能量激光输出会使激光器的光谱管发热，影响激光器的使用寿命；特别是对于特定形状的板料成形，如尖顶类的成形件，随着空气在局部位置聚集，随着变形量的逐渐加大，使得模腔内局部区域的气压越来越大，增加了板料贴模的难度，甚至会引起板料的反向变形，大大降低了板件的成形精度。

发明内容：

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种激光冲压成形方法及装置。本发明成形步骤主要有：第一步，为了减少所述凹模模腔内的空气对板材成形精度的影响，先使用所述真空抽气泵将所述凹模模腔内的空气抽出，使模腔内处于接近真空状态；第二步，使用高脉冲能量激光束辐照涂有吸收层的金属薄板诱导高温高压等离子体，其等离子体形成高压冲击波对薄板进行冲压成形。

本发明提供的一种激光冲压成形方法的具体步骤如下：