一种多工艺参数匹配的激光冲击成形模具、系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多工艺参数匹配的激光冲击成形模具、系统，包括用于透过激光的压板和用于支撑加工件并提供成形腔室的垫板，压板位于垫板的上方，其中，压板上设置有若干组通孔和第一定位孔组，若干组通孔和若干组成形腔均成阵列状排布，垫板包括通孔层和设置于通孔层下方的底板层，通孔层上设置有若干组通孔，底板层上设置有若干组凸起，通孔层上的通孔和底板层上的凸起配合，构成成形腔，凸起与通孔之间的距离可以调节。方便、快捷、全面地调节激光冲击成形模具相关的工艺参数。通过压板上的第一定位孔组、垫板上的第二定位孔组以及底板层上的定位孔组的简单错位和调节底板层上的凸起与通孔板上的通孔之间的距离，即可形成大量的尺寸配对。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及先进制造领域，具体涉及一种多工艺参数匹配的激光冲击成形模具、系统。
技术介绍
先进制造技术是一门综合性、交叉性前沿学科和技术，内容广泛。激光冲击技术作为目前激光技术的热门研究方向，以其高能、高压、高应变率等特点吸引了广泛的关注。激光冲击技术的原理是将高功率密度的脉冲激光束照射到材料表面，形成等离子体爆轰波，利用等离子爆轰波作用于材料从而实现所期望的处理效果。目前，利用激光冲击对材料进行表面处理的相关技术已经日趋成熟，利用激光冲击使材料成形的相关技术逐渐成为近几年的研究热点。不同的激光冲击工艺，例如激光冲孔，激光胀形，激光冲击铆接等，需要的模具不同。此外，现有的激光冲击模具存在以下问题：(1)激光冲击模具的规格较为单一，工艺参数可调节性差；(2)成形腔密封，气体排出不畅；(3)激光光斑中心定位不准，在待加工区定位，容易造成加工发生偏差；(4)对各种激光冲击成形工艺通用性差等问题。
技术实现思路
针对现有的激光冲击模具存在的问题，本技术提供一种多工艺参数匹配的激光冲击成形模具、系统，该模具、系统和方法能够便捷、全面地调节模具工艺参数，并便于激光光斑定位，且对多种激光冲击成形工艺均具有良好的适应性。为了解决以上技术问题，本技术的技术方案如下：一种多工艺参数匹配的激光冲击成形模具，包括用于控制通过的激光束直径并压紧材料的压板和用于支撑加工件并提供成形腔室的底盘，压板位于底盘的上方，其中，压板上设置有若干组通孔和第一定位孔组，组内通孔的直径相同，组间通孔的直径不同；底盘上设置有若干组成形腔和第二定位孔组，组内成形腔的直径相同，组内成形腔的高度相同或不同，组间成形腔的直径不同，组间成形腔高度相同或不同；压板上的第一定位孔组与底盘上的第二定位孔组中的不同位置配合时，可以组成多种直径尺寸的激光束与多种直径、高度的成形腔配对。优选的，所述底盘包括垫板和设置于垫板下方的底板，垫板上设置有若干组通孔和第二定位孔组，组内通孔的直径相同，组间通孔的直径不同；底板上设置有若干组凸起和第
三定位孔组，组内凸起直径相同，高度相同或不同，组间凸起直径不同，高度相同或不同；垫板上的通孔和底板上的凸起配合，构成成形腔。垫板上的第二定位孔组与底板上的第三定位孔组不同位置配合时，可以组合出不同特征尺寸的成型腔。进一步优选的，所述若干组凸起固定在底板上，垫板与底板之间的距离可调，通过调节垫板和底板之间的距离，调节成形腔的高度。进一步优选的，所述底板层和通孔层之间的距离固定，底板层上设置有若干组螺纹孔，与螺纹孔配合的螺栓的顶部设置所述凸起，凸起部分的直径不同，通过调节螺栓的位置，调节成形腔的高度，成形腔的高度可调，方便适用于不同的工艺条件和不同的加工方法。优选的，第一定位孔组包括定位销安装孔和锁紧螺栓安装孔。优选的，第二定位孔组包括多个定位孔，多个定位孔之间连续排列或非连续排列。优选的，第三定位孔组包括多个定位孔，多个定位孔之间连续排列或非连续排列。优选的，所述若干组通孔成阵列状排布。进一步优选的，所述若干组通孔按照通孔直径梯度排列或先按照直径从大到小排列再按照直径从小到大排列或先按照直径从小到大排列再按照直径从大到小排列。优选的所述若干组成形腔成阵列状排布。进一步优选的，所述若干组成形腔按照通孔直径梯度排列或先按照直径从大到小排列再按照直径从小到大排列或先按照直径从小到大排列再按照直径从大到小排列。优选的，所述压板上还设置有光斑定位孔或光斑定位孔组，光斑定位孔设置于压板的边缘，或光斑定位孔组分布在压板边缘的不同位置处。优选的，成形腔存在气体排出通道。进一步优选的，底板上的凸起与垫板上的通孔之间间隙配合，底板与垫板之间设置通气垫。更进一步优选的，所述通气垫设置于靠近锁紧螺栓的位置，可以避免锁紧带来的模具变形。激光冲击成形是一个高应变率的过程，空气阻力对成形的影响是不可忽略的，密闭的成形腔，在高速成形时，气流无法排出，会严重影响成形效果。激光冲击成形时，成形腔周边底角对成形并没有帮助，本技术利用通孔与凸起的间隙可以快速、顺畅地排出成形腔内的气体。优选的，所述底盘的下端还设置有与其他装置配合的安装接口。进一步优选的，所述底板的一个角设置为其定位作用的缺角，底板层上设置有至少一个固定孔。一种多工艺参数匹配的激光冲击成形模具，其特征在于：包括用于控制通过的激光束直径并压紧材料的压板和用于支撑加工件并提供成形腔的底盘，压板位于底盘的上方，其中，压板上设置有若干组通孔和第一定位孔组，底盘包括垫板和设置于垫板下方的底板，垫板设置有若干组通孔，底板上设置有若干组凸起，垫板上的通孔和底板上的凸起配合，构成成形腔，凸起与通孔之间的距离可以调节，若干组通孔和若干组成形腔均成阵列状排布。一种激光冲击成形系统，其特征在于：包括激光发生器、位移台、上述激光冲击成形模具和控制系统，所述激光冲击成形模具固定在位移台上，激光发生器产生的激光可以垂直照射到模具工作平面，控制系统分别与激光发生器和位移台连接。上述激光冲击成形模具的使用方法，包括如下步骤：1)通过调整压板上的第一定位孔组和垫板上的第二定位孔组之间的相对位置，调节通过的激光束的直径和成形腔的直径；2)通过调节垫板上的第二定位孔组与底板上的第三定位孔组之间的相对位置，调节凸起的直径；3)通过调节底板上的凸起与垫板上的通孔之间的距离，调节成形腔的高度；4)调整好后，将待加工工件放入压板与垫板之间，定位，锁紧，然后进行加工。在不影响使用的情况下，以上步骤的顺序可调整，或部分步骤可省略。本技术的有益技术效果为：1)方便、快捷、全面地调节激光冲击成形模具相关的工艺参数。通过压板上的第一定位孔组、垫板上的第二定位孔组以及底板上的第三定位孔组的简单错位和调节底板层上的凸起与通孔板上的通孔之间的距离，即可形成大量的尺寸配对；激光冲击成形中模具相关的工艺参数已基本覆盖。2)解决了成形腔的空气排出问题，垫板上的通孔与底板上的凸起之间的空隙，使得空气排出非常均匀、畅通，有利于更好地成形。3)设置了光斑定位孔作为激光冲击的零基准位置，后续冲击时，只需要定量调节模具位置即可；利用光斑定位孔来确定激光光斑位置而不是在待冲击处直接定位，可以减少激光冲击对工作位置的冲击，提高模具使用寿命。4)模具与位移台的接口并未采用简单的四个大通孔，而是一端插入式，通过缺角进行定位，并通过固定孔进行固定，模具安装拆卸较为方便，提高了安装拆卸的效率。5)本技术的通用性好，对于研究激光冲孔、激光胀形、激光冲击铆接等激光冲击技术均可通用；恰当地选取模具制作材料，本技术可适用于不同材质的约束层(如玻璃、水等)下的激光冲击。附图说明图1是本技术的激光冲击成形模具装配图；图2是图1的模具装配图的左视图；图3是一个激光冲击成形单元的剖面示意图；图4是本技术中各种功能的孔的分类说明示意图；图5是一种激光冲击成形系统的结构示意图。其中，1、压板，2、垫板，3、底板，4、通气垫，5、垫块，6、调节螺栓M8，7、调节螺栓M5，8、调节螺栓M4，9、锁紧螺栓及螺母，10、定位销，11、约束层，12、金属箔，13、矩阵分布的螺纹孔，14(1)、压板上的通孔，14(2)、垫板上的通孔，15、光斑定位孔，16、锁紧孔，17(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多工艺参数匹配的激光冲击成形模具，其特征在于：包括用于控制通过的激光束直径并压紧材料的压板和用于支撑加工件并提供成形腔的底盘，压板位于底盘的上方，其中，压板上设置有若干组通孔和第一定位孔组，组内通孔的直径相同，组间通孔的直径不同；底盘上设置有若干组成形腔和第二定位孔组，组内成形腔的直径相同，组内成形腔的高度相同或不同，组间成形腔的直径不同，组间成形腔高度相同或不同；压板上的第一定位孔组与底盘上的第二定位孔组中的不同位置配合时，可以组成多种直径尺寸的激光束与多种直径、高度的成形腔配对。

【技术特征摘要】
1.一种多工艺参数匹配的激光冲击成形模具，其特征在于：包括用于控制通过的激光束直径并压紧材料的压板和用于支撑加工件并提供成形腔的底盘，压板位于底盘的上方，其中，压板上设置有若干组通孔和第一定位孔组，组内通孔的直径相同，组间通孔的直径不同；底盘上设置有若干组成形腔和第二定位孔组，组内成形腔的直径相同，组内成形腔的高度相同或不同，组间成形腔的直径不同，组间成形腔高度相同或不同；压板上的第一定位孔组与底盘上的第二定位孔组中的不同位置配合时，可以组成多种直径尺寸的激光束与多种直径、高度的成形腔配对。2.根据权利要求1所述的激光冲击成形模具，其特征在于：所述底盘包括垫板和设置于垫板下方的底板，垫板上设置有若干组通孔和第二定位孔组，组内通孔的直径相同，组间通孔的直径不同；底板上设置有若干组凸起和第三定位孔组，组内凸起直径相同，高度相同或不同，组间凸起直径不同，高度相同或不同；垫板上的通孔和底板上的凸起配合，构成成形腔，垫板上的第二定位孔组与底板上的第三定位孔组不同位置配合时，可以组合出不同特征尺寸的成型腔。3.根据权利要求2所述的激光冲击成形模具，其特征在于：所述若干组凸起固定在底板上，垫板与底板之间的距离可调，通过调节垫板和底板之间的距离，调节成形腔的高度。4.根据权利要求2所述的激光冲击成形模具，其特征在于：所述底板层和通孔层之间的距离固定，底板层上设置有若干组螺纹孔，与螺纹孔配合的螺栓的顶部设置所述凸起，凸起部分的直径不同，通过调节螺栓的位置，调节成形腔的高度。5.根据权利要求1或2所述的激光冲击成形模具，其特征在于：第一定位孔组包括定位销安装孔和锁紧螺栓安装孔；或，第二定位孔组包括多个定位孔，多个定位孔之间连续排列或非连续排列；或，第三定位孔组包括多个定位孔，多个定位孔之间连续排列或非连续排列。6.根据权利要求1或2所述的激光冲击成形模具，其特征在于：所述若干组通孔成阵列状排布；或，所述若干组成形腔成阵列状排布。7.根据权利要求6所述的激光冲击...

【专利技术属性】
技术研发人员：季忠，王建峰，杨媛，郑超，刘韧，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37