[发明专利]薄壁构件变速充液-超声-激光复合成形方法及系统

权利要求书

1.一种薄壁构件变速充液-超声-激光复合成形方法，其特征在于，用于金属或复合材料超深腔复杂薄壁构件成形，所述成形方法的步骤包括：

1）将凸模、凹模安装在液压设备上，测试液压设备运行情况，对凸模液室和凹模液室进行清理，通过凹模上的凹模注液口向凹模液室内注入液体，注入液体液面高度达到凹模法兰面停止注液；

2）将板材坯料定位放置在凹模法兰面上，控制压边圈下行合模，通过压边力将板材压紧，板材在压边力和O型密封圈的作用下将凹模液室密封防止液体泄露；

3）凸模按照设定的速度下行至板材上表面后，凸模和压边圈上的超声振动装置开始产生机械振荡，通过凸模和压边圈将机械振荡传递给板材产生超声软化效应，凸模继续下行，板料在凹模液室压力的作用下贴紧凸模，并且在超声软化作用下通过被动式充液成形技术逐渐成形为超深腔薄壁构件，板材超深腔特征形成；

4）板材超深腔特征成形后，滑动凸模液室挡板使激光射入口与凸模液室口重合，激光发生器射穿凸模液室按照设定的功率照射板材，使得板材照射位置产生激光软化效应，激光照射完成后向凸模液室内注入液体至溢出为止，将凸模液室挡板移动遮挡住凸模液室，此时激光射入口和凸模液室口不相交，在凸模液室口上的密封圈的作用下密封凸模液室，控制液压设备对复杂小特征进行高速充液成形；

5）泄压打开模具，将构件取出，切除多余的工艺型面，得到超深腔复杂特征薄壁构件。

2.根据权利要求1所述的薄壁构件变速充液-超声-激光复合成形方法，其特征在于，激光的作用方式为直接对板材进行照射，激光能量范围为大于0J，且不大于100J，根据不同金属和厚度选取不同照射能量。

3.根据权利要求1所述的薄壁构件变速充液-超声-激光复合成形方法，其特征在于，所述超深腔复杂薄壁构件为航空发动机整流罩类零件。

4.一种薄壁构件变速充液-超声-激光复合成形系统，包括凹模、凸模、压边圈、超声振动装置、激光发生器，所述凹模的底部设置有凹模注液口，凹模上部具有法兰面，凹模内部具有凹模液室；其特征在于：

所述凸模包括凸模主体、横梁，凸模主体和横梁之间形成具有容纳凸模液室挡板的空腔，凸模固定在模具架上，所述模具架上安装有多个超声振动装置，每个超声振动装置的下部固定在凸模的横梁上，在凸模的横梁下表面安装有多个激光发生器，在凸模主体的下部沿凸模高度方向设置有多个凸模液室，在凸模液室挡板上开设有与凸模液室数量相当、位置一致的激光射入口，凸模液室挡板和凸模主体的上表面之间通过限位结构进行限位，初始位置时凸模液室挡板遮住所有凸模液室的液室入口，滑动凸模液室挡板，凸模液室挡板上激光射入口与凸模液室正对，每个激光发生器能通过相应的激光射入口作用到凸模液室内；多个凸模液室之间相互连通，在凸模主体上开设有凸模注液口；在凸模主体的下表面凸模液室出口设置有密封圈；

板材置于凹模的法兰面上，在板材和法兰面之间设置有O型密封圈，O型密封圈的直径大于凹模液室的直径；在板材上方设置压边圈，所述压边圈的侧面具有内凹空间，在内凹空间内均匀分布有多个超声振动装置；凸模和压边上安装的超声振动装置的振动方向相同，凸模上的超声振动装置通过凸模将超声振动传递给板材使其产生超声软化效应。

5.根据权利要求4所述的薄壁构件变速充液-超声-激光复合成形系统，其特征在于，所述的超声振动装置包括超声电源、换能器和变幅杆，在压边圈上，超声电源固定在压边圈内凹空间的上部，变幅杆与内凹空间的下部固定，换能器连接超声电源和变幅杆；在凸模上，超声电源固定在模具架上，变幅杆固定在凸模的横梁上表面。

6.根据权利要求4所述的薄壁构件变速充液-超声-激光复合成形系统，其特征在于，在凸模主体的上表面上避开凸模液室的位置设置有导轨，且导轨位于凸模上多个凸模液室入口的两侧，凸模液室挡板相应位置设置有与上述导轨相配合的开槽，开槽与导轨配合，使得凸模液室挡板对多个凸模液室遮挡和打开，使激光从相应的激光射入口射入到凸模液室中。