[发明专利]脉冲电流处理与激光冲击薄板复合多工位可换凹模成形装置及其方法

说明书

本发明公开了脉冲电流处理与激光冲击薄板复合多工位可换凹模成形装置及其方法，涉及激光制造以及薄板微成形技术领域，该装置包括激光发射系统、控制系统、工件成形系统；激光发射系统包括脉冲激光发生器、平面反射镜、可调焦透镜；控制系统包括激光控制器、计算机、脉冲电流控制器、三维移动平台控制器、气缸控制器、电机控制器；工件成形系统包括三维移动平台、底座、第一电机、第二电机、气缸、工位旋转装置、凹模旋转装置、模具、凹模；本发明方法通过工位旋转装置与凹模旋转装置同步运动，借助气缸的升降以更换凹模，对工件施加脉冲电流处理，利用激光脉冲作为能量源，从而实现金属薄板的多工位微成形。

技术领域

本发明属于激光制造以及薄板微成形技术领域，尤其涉及到脉冲电流处理与激光冲击薄板复合多工位可换凹模成形装置及其方法。

背景技术

随着当今生产力的不断发展，在航空航天、汽车制造等领域，具有微特征的结构件的应用越来越广泛。若使用传统加工工艺进行微特征成形，则会面临刚性冲头制造困难、对中困难等问题。使用脉冲激光冲击成形技术则可以成形出精度较高、质量较好的微特征件，但对于某些难成形材料其成形效果相对较弱。且受限于工件的更换过程较为繁琐，往往其加工间隔时间较长及模具凹模的更换效率较低，所以需要找到一种可以减少加工间隔时间及提高凹模更换效率的方法。

相关研究表明，通过向金属材料施加脉冲电流可以使材料产生电致塑性效应。电致塑性效应是指材料在运动电子作用下，内部位错程度增加，孪晶的发生被抑制，再结晶的发生温度降低，宏观表现为材料的流动应力降低，塑性变形能力提高，从而提高材料的成形质量，近年来，其作为热加工的替代成形处理方式，得到了广泛的应用。

申请号CN201310298622.2的中国专利公开了一种高应变速率下的微塑性成形装置及其成形方法。此成形方法为激光冲击成形，成形工艺单一，且装置的凹模由于受到结构的限制，无法有效率的进行更换，且更换工件时需要拆卸压边圈和法兰，两次加工的间隔时间较长，整体操作较为繁琐。

鉴于此，本发明提出了一种脉冲电流处理与激光冲击薄板复合多工位可换凹模成形装置及其方法，创新性的将脉冲电流处理与激光冲击成形两种加工工艺相结合，提高了凹模更换效率，缩短了加工间隔时间，以及进一步的提高了微成形件的质量。

发明内容

针对现有的薄板冲击成形技术中存在的问题，本发明提出了一种脉冲电流处理与激光冲击薄板复合多工位可换凹模成形装置及其方法，实现了金属薄板有效率的微成形；该方法设计了一个自动旋转工位的装置以及自动更换凹模的装置，利用脉冲电流处理薄板并结合激光冲击对其进行微成形。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

脉冲电流处理与激光冲击薄板复合多工位可换凹模成形装置，包括激光发射系统、控制系统和工件成形系统；所述激光发射系统用于产生激光，控制系统用于控制成形装置的工作；所述工件成形系统用于工件成形；

所述工件成型系统包括工位旋转装置和凹模旋转装置；所述工位旋转装置包括多工位转盘和多工位转盘轴；所述多工位转盘轴将动力传递给多工位转盘，多工位转盘上设置有数个工位；所述凹模旋转装置包括凹模转盘和凹模转盘轴；所述凹模转盘轴将动力传递给凹模转盘，所述凹模转盘上设置有数个安放凹模的容腔，所述凹模上端开设有成型槽结构，所述多工位转盘上的工位处开设有与凹模相匹配的槽；所述多工位转盘上的工位处从下至上依次设置有薄板、吸收层和约束层；成形过程中，凹模上行至薄板下方，激光束辐照在薄板上，从而得到与凹模上端开设的成型槽结构形状相同的结构。

进一步的，所述薄板下方设置有云母绝缘片，薄板与脉冲电源相连，云母绝缘片与凹模对应位置处开设有孔。

进一步的，所述工位旋转装置还包括第一锥齿轮、滚动轴承和多工位转盘底座；所述多工位转盘轴的一端通过滚动轴承安装在多工位转盘底座上；所述多工位转盘轴上安装有第一锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，从而将第一电机上的动力通过齿轮传动到多工位转动轴上，多工位转动轴带动多工位转盘转动，从而实现工位的变化。