[发明专利]一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置及方法

说明书

本发明公开一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置及方法，属于测量技术领域。该装置包括激光成形系统和测量系统，激光成形系统包括光学玻璃、激光器、吸收层、金属薄板、金属圆棒、阻隔薄膜、绝缘纸及凹模；首先采用绝缘纸和阻隔薄膜使金属模具与金属薄板及金属圆棒不直接接触，金属薄板和金属圆棒分别接通电源正负两极，金属薄板受激光冲击变形后接触到金属圆棒，测量回路导通，产生的电压脉冲信号的个数就是高速运动的金属薄板与金属模具碰撞次数，电压脉冲的宽度就是碰撞接触的时间。该方法和装置可以精确测出板材激光冲击高速成形中的碰撞过程。本发明装置具有潜在的市场应用前景。

技术领域：

本发明属于测量技术领域，具体涉及板材在高能物质作用下与成形模具贴合过程中的碰撞次数和碰撞接触时间的测量装置及方法，特别适用于在激光冲击下板材高速成形过程中难以用常规方法测量板材与模具碰撞过程。

背景技术：

目前，激光冲击成形已经得到了广泛的应用，高应变率的激光冲击成形技术极大地改善了常温下难成形材料的塑性，可以实现钛合金等在常温下难成形的材料的复杂形状的成形。激光冲击成形属于高速成形，有一个显著的特点：板材从激光诱导的高压冲击波中获得动能和动量，然后高速运动，运动的速度很快，甚至高达几百米/秒，如此高速运动的板材在成形过程中与模具发生激烈的碰撞而反弹起来，甚至随后它们之间还会发生的多次碰撞。板材与模具之间的剧烈的碰撞引起材料的硬化效应，不同的碰撞时间和碰撞的次数对材料的硬化效应影响的程度不同，特别是碰撞造成了能量的损失，反弹跳起遗留的塑性变形还大大降低板材的成形的精度，因此，能够测出碰撞的时间和碰撞的次数等情况，对于阐明板材在高速成形中的硬化效应、精确控制激光输出能量、提高板材成形精度等十分必要。然而，由于板材与模具碰撞接触的时间极短，碰撞发生在模腔部位底部。因模具遮挡，现有的VISAR激光速度干涉仪不可能从模具的底部方向测出板材运动变形的速度，更不可能测出碰撞的接触的时间以及碰撞的次数。由于在激光诱导冲击波时，传输激光脉冲的导光管摆放在模具的前方，VISAR激光速度干涉仪没有放置的位置，而且激光辐照产生的高压等离子短时间的聚集在模腔内，也遮挡了VISAR发出的测量激光脉冲，使它很难到达变形板材的表面。目前，还很难有现成的工具测量激光冲击过程中板材贴合时板材与模具碰撞的时间及碰撞的次数。

发明内容：

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置及方法。本发明装置包括激光成形系统和测量系统。

所述激光成形系统包括光学玻璃3、激光器4、吸收层5、金属薄板6、金属圆棒14、阻隔薄膜15、绝缘纸16、凹模17、两个左右对称设置的垫块1、螺栓2及压板7；所述阻隔薄膜15包裹在所述金属圆棒14圆周面上，所述金属圆棒14与所述凹模17的圆孔过盈配合，所述绝缘纸16的中部区域开有直径与所述凹模17开口直径相等的孔，所述绝缘纸16放在所述凹模17上，所述金属薄板6放置在所述绝缘纸16上，所述金属薄板6的上端面涂覆所述吸收层5，所述光学玻璃3放置在所述吸收层5上，所述垫块1放置在所述凹模17上，所述螺栓2穿过所述压板7与所述凹模17上螺纹孔连接，所述压板7一端放置在所述垫块1上，所述压板7另一端放置在所述光学玻璃3上，所述螺栓2通过所述的压板7将所述光学玻璃3、吸收层5、金属薄板6、绝缘纸16固定在所述的凹模17上；所述激光器4位于所述光学玻璃3上方，所述激光器4产生的脉冲激光穿过所述的光学玻璃3辐照在所述吸收层5上；所述测量系统包括金属薄板6、导线8、开关9、电源10、定值电阻11、数据采集记录仪12、计算机13、金属圆棒14；所述导线8依次将所述金属薄板6、开关9、电源10、定值电阻11和金属圆棒14连接起来，所述定值电阻11两端通过导线并联着所述数据采集记录仪12，所述数据采集记录仪12通过导线连接着所述计算机13。

本发明同时提供一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置的测量方法，该方法具体步骤如下：

（1）安装完成所述激光成形系统和连接好所述测量系统，接通产生所述激光器4的激光器电源，合上所述测量系统中的所述开关9。