[發明專利]電致塑性輔助激光沖擊拉深成形裝置及方法

有效

• 申請號: 202010560472.8
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111822578B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 董正乾;姜銀方;王勻;姜文帆;朱福文;王思理;趙健;吳搏;金偉;劉新
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B21D22/20
• 分類號: B21D22/20;B21D22/22;B21D26/06
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本發明公開了電致塑性輔助激光沖擊拉深成形裝置及方法，涉及激光沖擊成形技術和電致塑性輔助成形領域，包括激光沖擊裝置和沖模拉深裝置；所述板料設置在沖模拉伸裝置中，通過沖模拉伸裝置對板料進行成形，激光沖擊裝置通過改變激光的傳輸途徑對板料進行輔助加工。對板料進行拉深成形的同時進行激光沖擊成形，提高了板料拉深成形的成形能力，克服了激光沖擊成形和電輔助成形的成形時間的不協調性，提高了激光沖擊成形的效率。

技術領域

本發明涉及本發明涉及激光成形技術和電輔助成形技術領域，特指在脈沖電流條件下實現脈沖激光連續沖擊同時對板料進行拉深成形的方法和裝置。特別適用于難成形金屬板料的激光沖擊成形。

背景技術

金屬板材的彎曲成形在航天、汽車、船舶及民用工業中一直占相當重要的地位。傳統的模具沖壓成形是將金屬板材置于模具上，在壓力機作用下，在板材內部產生使之變形的內力，形成一定的形狀的零件，雖然操作簡單，生產效率高，但是生產準備時間長，加工柔性差，模具費用大，制造成本高等不足，且受成形極限限制，不適用于難成形的板料。

激光沖擊成形具有超高壓、高能、高應變率特征，是一種集材料改性強化和成形于一體的復合成形技術，由于吸收層和約束層的熱障保護，激光不會對金屬板料形成熱傷害；由于激光的脈沖能量、光斑尺寸及脈沖寬變、激光能量等參數精確可控，通過數控系統可實現對板料成形的精確控制。較傳統的模具沖壓成形，激光沖擊成形可以實現無模成形，加工柔性較好，省去了模具生產周期。但是同樣的，難成形板料，如鎂合金，在空氣中進行激光沖擊成形時，在激光沖擊波作用下，板料在變形中心區域容易產生破裂，影響了激光沖擊加載下板料成形性能的發揮和提高，同時，激光沖擊成形過程的效率問題也影響了激光沖擊成形的發展。

在此同時，國內外學者也著手對電致塑性效應進行研究，主要集中在電致塑性的機理和電輔助成形兩方面。根據研究，脈沖電流不僅會給工件帶來焦耳熱效應，也會帶有電致塑性效應，電致塑性效應可降低金屬板材動態再結晶溫度，加速動態再結晶過程，抑制斷裂孔洞的產生。同時，脈沖電流抑制了晶粒長大，對組織晶粒起到細化作用，也使金屬塑性成形能力得到提高。

將激光沖擊成形和電輔助成形結合起來可以實現技術突破，但同時也出現新問題。激光沖擊成形原理和漸近成型相類似，成形過程時間長，而電輔助成形無需通入長時間的脈沖電流即可達到所期望的效果，所以，如何解決激光沖擊成形和電輔助成形的成形時間不協調性，是將光沖擊成形和電輔助成形結合起來急需解決的問題。

申請號為200810138715.8的專利，專利名稱為“帶同步加熱的板材激光微拉深成形方法及裝置”，采用兩束激光，在柱形激光沖擊成形的同時，環狀激光對邊緣區域進行加熱軟化。但是該專利僅適用于超薄的板料和微小的筒形件成形，不適用于普通規格的薄板成形。

申請號為201410142759.3的專利，專利名稱為“一種外加強電場的激光沖擊強化方法及裝置”，在激光沖擊強化的同時，外加電場用來提高激光導致受約束等離子體的壓力,提高強化效率和效果。但是該專利僅僅是將電流產生的電場作為約束等離子體的一種手段，并沒有將電致塑性效應引入其中。

申請號為201510197097.4的專利，專利名稱為“一種用于大型工件激光噴丸成形的光路裝置及方法”采用掃描振鏡系統使得激光可以對大型工件進行成形，節省了空間，但是缺點是：(1)對同一個沖擊點，激光的入射范圍和角度固定，只能產生一個方向的沖擊。(2)斜沖其結果會導致激光能量的損失，效率的降低；斜沖的沖擊力的方向不合理，板料容易被沖破，無法獲得足夠的成形深度，降低了板料的成形性能。

申請號為201811533772.6的專利，專利名稱為“一種金屬板料沖擊波成形方法及裝置”利用激光誘導等離子體膨脹產生沖擊波和利用氫氣氧氣混合爆炸產生的沖擊波，兩者共同作用，增加沖擊波的峰值壓力，提高成形深度。但是采用這種方法存在安全隱患，危險系數高。