[发明专利]直壁圆筒件激光冲击成形方法和装置

摘要

本发明公开一种直壁圆筒件激光冲击成形方法和装置，属于金属零件近净成形的塑性加工领域。本发明采用激光冲击技术对薄板实施两步成形以获得高精度的成形件。第一步用较大脉冲能量的激光诱导压力较高的冲击波对薄板实施冲击，使之初步整体成形，但在成形过程中，薄板不仅与模具的侧壁贴合，变形速度极快的薄板还与模腔底部发生剧烈的碰撞，使初步成形件底部产生局部反向塑性变形，降低成形精度。第二步用较小脉冲能量的激光诱导较低压力的冲击波对初步成形件底部的反向塑性变形区域实施冲击，以消除第一步的初步成形件底部的反向塑性变形，对初步成形件校正定形，使得直壁圆筒件的成形精度大大提高。本发明大大提高薄板激光冲击成形的精度，具有广泛的实用性。

主权项

1.直壁圆筒件激光冲击成形方法，其特征在于该成形方法的具体步骤如下：(1)冲击前的准备工作：将金属薄板(14)放置在凹模(12)模腔的上方，所述金属薄板(14)的上表面涂覆吸收层(15)，用压板(16)和螺栓(13)将所述金属薄板(14)固定在所述凹模(12)上，然后利用机械臂(1)端部安装的卡爪(2)夹紧所述凹模(12)；通过操作计算机(11)向控制器(10)发送信号使所述机械臂(1)移动以及所述机械臂(1)的端部转动来调整所述凹模(12)及所述金属薄板(14)的位置，使所述吸收层(15)正对着冲击头(9)，并使激光脉冲束(6)在所述吸收层(15)上形成的光斑大小符合要求；通过操作所述计算机(11)向所述控制器(10)发送信号，打开供水龙头(3)，向所述吸收层(15)表面持续喷水，并在所述吸收层(15)表面形成稳定的流动水层，所述流动水层作为约束层；(2)第一步成形：通过操作所述计算机(11)向所述控制器(10)发出信号来控制激光发生器(4)发射能量较高的激光脉冲束(6)，所述能量较高的激光脉冲束(6)沿导光管(5)，经第一全反镜(8)和第二全反镜(7)反射，到达所述冲击头(9)，所述能量较高的激光脉冲束(6)被所述冲击头(9)中的凸透镜会聚后，通过流动的水层辐照到所述吸收层(15)上，所述吸收层(15)上的材料瞬间电离成为高压等离子体，高压等离子体喷射形成了高压冲击波对所述金属薄板(14)表面施加压力和冲量，所述金属薄板(14)受冲击波作用的区域获得动能后快速向所述凹模(12)模腔内运动变形，受冲击波作用的区域带动受冲击区域四周毗连的区域向下运动，由于受冲击区域变形速度最快，最先到达所述凹模(12)模腔的底部，并与模腔底面发生剧烈碰撞，造成该区域材料向四周横向流动，充填模腔底部的圆角，并与模腔侧壁贴合，实现所述金属薄板(14)的初步整体成形，得到所述金属薄板(14)的初步成形件；剧烈的碰撞还导致所述金属薄板(14)初步成形件的底部中心区域发生局部反向塑性变形，出现类圆顶锥形的凸起，使所述金属薄板(14)的初步成形件与所述凹模(12)模腔底面局部区域不完全贴合；(3)第二步成形：通过操作所述计算机(11)向所述控制器(10)发出信号使所述激光发生器(4)再次发射能量较低的激光脉冲束(6)，所述能量较低的激光脉冲束(6)沿所述导光管(5)，经所述第一全反镜(8)和所述第二全反镜(7)反射，到达所述冲击头(9)，所述能量较低的激光脉冲束(6)被所述冲击头(9)中的凸透镜会聚后，通过流动的水层辐照到所述吸收层(15)上，所述吸收层(15)上的材料瞬间电离成为高压等离子体，高压等离子体喷射形成的冲击波作用在所述金属薄板(14)初步成形件的底部局部凸起区域，凸起的区域获得冲量和动能后向下运动，使所述金属薄板(14)与所述凹模(12)模腔底部贴合，所述金属薄板(14)初步成形件的底部中心凸起消除，所述金属薄板(14)的初步成形件得到校正定形，得到所述金属薄板(14)的最终成形件。