[發明專利]一種脈沖激光連續沖擊溫成形的方法及裝置

有效

• 申請號: 201210585382.X
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103111751A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 姜銀方;金華;姜文帆;岳陸游;張青來
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/18;B23K26/42
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及激光成形技術和溫成形技術領域，特指一種在特定溫度條件下實現脈沖激光連續沖擊對板料進行溫成形的方法和裝置。特別適用于像鎂合金、鋁合金等室溫難成形金屬板料的激光沖擊成形。

背景技術

激光成形技術是一種集板料成形和強化于一體的先進成形技術，成形時具有壓力高、時間短、應變率高等特點，特別適合于有抗疲勞及抗應力腐蝕要求的板料成形。溫成形技術是相對于冷成形和熱成形技術的又一先進成形技術，可以在較低溫度范圍內(相對于熱成形溫度范圍)改善板料成形性能，特別適用于像鎂合金、鋁合金等室溫下難成形金屬板料的成形。將兩種技術結合在一起可以實現新的技術突破，但同時也出現了新問題。室溫激光沖擊成形時所使用的約束層很難被繼續用于脈沖激光沖擊溫成形中，脈沖激光連續沖擊溫成形更是難上加難，嚴重限制了激光技術和溫成形技術的緊密結合。

申請號為200610041568.3的專利，發明名稱為：一種利用激光連續沖擊強化的方法及裝置，該發明將激光沖擊強化技術工藝中必要的工作物質約束介質和涂層通過適當系統設計巧妙地集合在一起，使激光沖擊強化技術可以實現連續沖擊強化處理。但是該專利僅僅涉及室溫激光沖擊強化，而且強化的是平面或是近似平面的金屬材料或零件，對于沖擊后凹陷的板料不適用。

申請號為201110448739的專利，發明名稱為：一種帶均熱與恒壓的激光沖擊溫成形方法與裝置，該專利采用液體加熱板料和保證成形過程中產生持續背壓，改善激光沖擊成形時板料的成形性能。但在該專利中未提及溫成形條件下激光沖擊成形對約束層的特殊要求。

此外，在進行室溫激光沖擊時約束層一般用水、玻璃或者柔性貼膜，如美國專利US5744781“激光沖擊處理的方法和裝置”就是采用水為約束層，專利號為02138338.3“一種用于激光沖擊處理的柔性貼膜”的專利提出柔性貼膜作為約束層，專利號為200410065544.2“以冰為約束層的激光沖擊處理方法及其裝置”的專利中提出冰作為約束層，但是這些約束層普遍不能充當溫成形條件下的約束層，給脈沖激光沖擊溫成形帶來了困難，嚴重限制了溫成形激光沖擊的連續性。

發明內容

本發明專利的目的是為了克服在溫成形特定溫度條件下，水和冰幾乎不能充當約束層，有機玻璃、K9玻璃等固體玻璃很難承受相應的溫度，而且相對于室溫激光沖擊成形更容易發生破碎，柔性貼膜也很難承受相應的溫度，并且在高溫下容易從板料表面脫落，以及板料加熱不均勻等問題。通過采用粘度適中的耐高溫透光液體作為約束層并且用此約束層液體對板料進行輔助均熱提供一種脈沖激光連續沖擊溫成形的方法和裝置。

本發明專利的裝置描述如下：該裝置由約束層循環裝置、溫成形沖擊裝置兩部分組成。約束層循環裝置是由約束層、噴嘴、吸油泵、濾油器、儲液腔、端蓋、透光玻璃、計算機控制系統、加熱器、溫度傳感器、加熱控制電路等共同組成。裝置右端為端蓋，用來防止沖擊成形時的高溫液滴飛濺，保護人員安全和減少環境污染；端蓋中心設有透光玻璃，可以讓激光順利通過進行激光沖擊成形；端蓋下部設有儲液腔，用來儲存從板料表面流淌下來的約束層液體并為后續激光沖擊提供約束層液體；儲液腔中設有加熱器，加熱器和溫度傳感器外接加熱控制電路，用來對儲液腔中的約束層液體進行加熱；端蓋內部設有吸油泵和濾油器，吸油泵由計算機控制系統控制向噴嘴泵送液體，在噴嘴口提供特定流速的約束層液體，濾油器過濾儲液腔中由于激光沖擊而帶來的細微雜質；端蓋中還設有噴嘴，用來向板料表面提供約束層，噴嘴由計算機控制系統控制，可以在一定角度內自由旋轉。溫成形沖擊裝置由計算機控制系統、激光器、位移傳感器、數控工作臺、加熱器、溫度傳感器、凹模、壓邊圈等組成。在板料的正面設有激光器，通過計算機控制系統調節激光脈寬、光斑大小、激光能量等參數，從而發射滿足不同成形要求的激光束，激光束在能量吸收層和約束層作用后產生沖擊波使板料成形；在板料的背面設有位移傳感器，其中心和激光器產生光束的中心在同一直線上，位移傳感器可以測量激光沖擊處板料的位移信號，并將此信號反饋給計算機控制系統，從而綜合調節噴嘴口約束層液體的入射速度和角度；凹模固定在數控工作臺上，凹模內設有加熱器和溫度傳感器，加熱器和溫度傳感器外接加熱控制電路，用來對板料進行加熱，加熱控制電路分析溫度傳感器反饋的溫度信號控制加熱器通斷狀態，使板料溫度穩定保持在溫成形需要范圍之內；數控工作臺由計算機控制系統控制，從而間接控制板料成形軌跡。?