一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置及其方法；该装置包括激光发射系统、控制系统、动态加载成形系统和放置转换系统；本发明专利技术采用脉冲激光作为能量源，通过凸模和组合凹模的共同作用，实现了动态加载成形微体积零件。本发明专利技术中自动开合模装置实现了凹模的自动打开和闭合，便于放置棒料和取出微零件，提高了工作效率，且不易损坏成形零件的表面质量；在凹模闭合时，该装置有自锁功能，保证了成形微零件的精度；利用放置转换系统实现了棒料、零件和凸模的自动化放置与存取，保证了生产效率，提高了生产安全性。本发明专利技术无需制作复杂的模架，装置简单易行。

An automatic device and method for laser dynamic loading forming micro volume parts

The invention discloses a laser forming automatic dynamic loading device of micro volume parts and method; the device comprises a laser emission system, control system, dynamic loading forming system and placed conversion system; the invention adopts pulse laser as the energy source, through the interaction of the punch and die combination, to achieve the dynamic loading of micro forming the volume of parts. Automatic clamping device of the invention realizes the automatic opening and closing of the die, which is convenient for placing bar and remove micro parts, improve work efficiency, and is not easy to damage the surface quality of the forming parts; the concave die is closed, the device has a self-locking function, to ensure the accuracy of forming micro parts; use place conversion the system realizes the automation of bars, parts and mould placement and access, to ensure the production efficiency, improve production safety. The invention does not need to make complex mould frame, and the device is simple and easy to implement.

【技术实现步骤摘要】
一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置及其方法
本专利技术属于激光先进制造微零件领域和自动化加工领域，尤其是一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置及其方法。
技术介绍
随着现代工业技术的快速发展，科学技术的日新月异，先进制造理念的推陈出新，亦随着市场对科技产品要求的精益求精，在诸如航空航天、精密仪器、生物医疗等领域，微器件的应用越来越广泛，产品的微型化成为了工业制造业发展的一个重要趋势，推动了对微器件的加工工艺的探索。现如今面向微机电系统的微机械加工技术和工艺是在集成电路的基础上发展起来的，主要依赖LIGA、蚀刻、微铣削、微细电火花等微细加工技术，受到加工效率低、成本高以及环境污染等问题的限制，不能形成大批量的自动化生产。因此，微成形工艺得到了重点关注。然而，传统的微成形工艺存在微模具制造困难、对中精度难以保证等问题。由此，一种全新的工艺——激光动态加载微成形技术具有很大的优势，其精度较高、成本低廉、易于实现批量化和自动化生产。激光动态加载微成形是一种新型的微金属零部件成形技术，即通过激光冲击加载的方式产生高压冲击波，高压冲击波向材料内部传播,使得材料在微型模具内产生超快塑性变形，从而实现工件在微模具中的精确成形。申请号201010505869.3的中国专利介绍了应用激光动态加载微成形技术进行微金属器件冲裁的工艺过程，利用此专利的方法可以在一次脉冲激光中进行批量化冲裁，方便有效。申请号201610384092.7的中国专利介绍了一种应用激光动态加载微成形技术成形高精度碟形零件装置，其可以克服传统成形碟形零件的工艺中存在的不足。目前激光动态加载微成形技术主要应用于薄板微成形，其成形零件大都是薄板零件。然而，很多微零件的制造都需要使用体积成形技术，微体积成形技术在微零件的制造领域应用广泛。申请号为200810023264.3的中国专利提出了一种激光冲击微体积成形技术，但是其装置复杂繁琐，且使用飞片作为间接加载源，难以保证凸模获得足够的动能；使用顶杆顶出成形后的零件，一方面需要很大的动力，另一方面也容易损坏零件表面；另外，其自动化的程度也不高。
技术实现思路
针对现有的激光动态加载成形微零件技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置及其方法，提高了加工能力和产品质量。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置，包括激光发射系统、动态加载成形系统和放置转换系统；所述激光发射系统包括脉冲激光器、反射镜、可调聚焦透镜、透镜支架和基座；所述透镜支架垂直安装在基座上，透镜支架上安装有可调聚焦透镜，可调聚焦透镜将经过反射镜反射的来自脉冲激光器的激光聚焦；所述动态加载成形系统包括模具系统、自动开合模装置和三坐标移动平台；所述三坐标移动平台置于基座上方；所述模具系统包括凸模和组合凹模；工作时，所述凸模和组合凹模间隙配合；凸模上端设有圆形凹腔，圆形凹腔用以放置约束层和吸收层；所述组合凹模设置在底座上；组合凹模由结构相同的两个凹模组件对接而成，且底部设有矩形槽和对称分布的限位块；所述矩形槽位于两个凹模组件连接处，所述对称的限位块分别位于两个凹模组件上；所述自动开合模装置包括底座、第一液压缸、连接块、短杆和长杆；所述底座为齿型结构，且底座垂直的两侧面底端通过螺钉设置在三坐标移动平台上，且对称安装有第一液压缸，第一液压缸的活塞杆与连接块相连接，连接块通过销轴与两个短杆铰接，短杆通过销轴与长杆中心位置铰接，长杆一端通过销轴安装在底座上，另一端与安装在组合凹模开设的第一圆孔内的销轴相连接；底座平行于三坐标移动平台的面上设置有定位块，该定位块安装在组合凹模下侧的矩形槽内，底座上、定位块的两侧，且垂直于定位块对称开设有限位槽，该限位槽用来安装限位块；所述放置转换系统包括凸模放置转换系统和棒料放置转换系统；所述凸模放置转换系统和棒料放置转换系统结构相同，均包括转换底座、转换电机、转换支架、伸缩气缸和自动夹取装置；所述凸模放置转换系统和棒料放置转换系统设置在三坐标移动平台上，且分别置于自动开合模装置的左侧与右侧；所述转换底座上安装有转换支架，转换支架上从下至上依次安装有转换电机、伸缩气缸和自动夹取装置；所述自动夹取装置包括转换平台、第二液压缸、滑块、右曲杆、右直杆、销钉、左直杆和左曲杆；所述转换平台固定安装在转换支架上，转换平台左右对称设置有矩形孔和销钉孔，矩形孔的两侧内壁开有滑槽A；所述滑块两侧开设有厚度小于矩形块的滑轨B，滑块两侧的滑轨B与转换平台上的滑槽A进行间隙配合，从而实现滑块沿转换平台左右滑动；第二液压缸固定在转换平台上，第二液压缸的活塞杆与滑块相连；所述销钉安装在转换平台上的销钉孔内，右直杆、左直杆的一端均安装在销钉上，并均可绕销钉进行转动；右曲杆、左曲杆的一端均铰接于滑块上，右直杆、左直杆的另一端分别铰链于右曲杆、左曲杆上。优选的，所述的组合凹模尺寸为2cm×2cm×2cm。优选的，所述右曲杆和左曲杆的连接部位为直线型，夹取部位为圆形，且凸模放置转换系统中右曲杆和左曲杆的夹取部位直径等于凸模的直径，棒料放置转换系统中右曲杆和左曲杆的夹取部位直径等于棒料的直径。优选的，该装置还包括控制系统，该控制系统包括激光控制器、计算机、步进电机控制器、液压控制系统和三坐标移动平台控制器；激光控制器、步进电机控制器、液压控制系统和三坐标移动平台控制器均与计算机连接；所述激光控制器与脉冲激光器相连接，用于控制脉冲激光器的工作状态；三坐标移动平台控制器与三坐标移动平台相连，用于控制其作平面移动；所述液压控制系统与第一液压缸、第二液压缸相连，用于控制第一液压缸、第二液压缸的伸缩；所述步进电机控制器与转换电机、伸缩气缸相连，用于控制转换电机的转动和伸缩气缸的上下移动。优选的，组合凹模上端中心开设有T型结构。基于一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置的方法，具体包括如下步骤：S1.将激光控制器、步进电机控制器、液压控制系统、三坐标移动平台控制器与计算机连接；将脉冲激光器与激光控制器连接；S2.通过螺钉将自动开合模装置中的底座紧固在三坐标移动平台上，两个第一液压缸分别安装在底座的正面与背面的中间位置，两个所述第一液压缸的活塞杆分别与一个连接块相连；组合凹模上的限位块放入底座上表面的限位槽、使矩形槽紧贴定位块，放置在底座上；在底座的第二圆孔和组合凹模的第一圆孔中插入轴，长杆的两端铰接于轴上；两个短杆的一端分别与中间两个长杆通过铰链相连接，另一端通过销钉共同与连接块相连；利用计算机通过三坐标移动平台控制器控制三坐标移动平台的移动，使得组合凹模的凹模腔中心位于激光光路上；S3.使用螺钉将棒料放置转换系统和凸模放置转换系统固定在三坐标移动平台上，棒料放置转换系统的高度低于凸模放置转换系统，此时组合凹模的凹模腔中心应位于转换平台长轴方向的中垂线上，棒料放置转换系统和凸模放置转换系统的长轴方向相互平行；将自动夹取装置中的滑块与第二液压缸相连后，滑块装入转换平台上的滑槽中，第二液压缸放置在转换平台上的矩形孔处，使用螺钉将第二液压缸固定在转换平台上，销钉装入转换平台的销钉孔中；S4.计算机通过液压控制系统控制第二液压缸的活塞杆顶着滑块向前运动，滑块带动右曲杆、左曲杆，使右曲杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置，其特征在于，包括激光发射系统、动态加载成形系统和放置转换系统；所述激光发射系统包括脉冲激光器(1)、反射镜(2)、可调聚焦透镜(3)、透镜支架(4)和基座(5)；所述透镜支架(4)垂直安装在基座(5)上，透镜支架(4)上安装有可调聚焦透镜(3)，可调聚焦透镜(3)将经过反射镜(2)反射的来自脉冲激光器(1)的激光聚焦；所述动态加载成形系统包括模具系统(7)、自动开合模装置(8)和三坐标移动平台(9)；所述三坐标移动平台(9)置于基座(5)上方；所述模具系统(7)包括凸模(18)和组合凹模(20)；工作时，所述凸模(18)和组合凹模(20)间隙配合；凸模(18)上端设有圆形凹腔，圆形凹腔用以放置约束层(16)和吸收层(17)；所述组合凹模(20)设置在底座(22)上；组合凹模(20)由结构相同的两个凹模组件对接而成，且底部设有矩形槽(40)和对称分布的限位块(21)；所述矩形槽(40)位于两个凹模组件连接处，所述对称的限位块(21)分别位于两个凹模组件上；所述自动开合模装置(8)包括底座(22)、第一液压缸(23)、连接块(24)、短杆(25)和长杆(26)；所述底座(22)为齿型结构，且底座(22)垂直的两侧面底端通过螺钉设置在三坐标移动平台(9)上，且对称安装有第一液压缸(23)，第一液压缸(23)的活塞杆与连接块(24)相连接，连接块(24)通过销轴与两个短杆(25)铰接，短杆(25)通过销轴与长杆(26)中心位置铰接，长杆(26)一端通过销轴安装在底座(22)上，另一端与安装在组合凹模(20)开设的第一圆孔(43)内的销轴相连接；底座(22)平行于三坐标移动平台(9)的面上设置有定位块(41)，该定位块(41)安装在组合凹模(20)下侧的矩形槽(40)内，底座(22)上、定位块(41)的两侧，且垂直于定位块(41)对称开设有限位槽(42)，该限位槽(42)用来安装限位块(21)；所述放置转换系统包括凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)；所述凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)结构相同，均包括转换底座(27)、转换电机(28)、转换支架(29)、伸缩气缸(30)和自动夹取装置(31)；所述凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)设置在三坐标移动平台(9)上，且分别置于自动开合模装置(8)的左侧与右侧；所述转换底座(27)上安装有转换支架(29)，转换支架(29)上从下至上依次安装有转换电机(28)、伸缩气缸(30)和自动夹取装置(31)；所述自动夹取装置(31)包括转换平台(32)、第二液压缸(33)、滑块(34)、右曲杆(35)、右直杆(36)、销钉(37)、左直杆(38)和左曲杆(39)；所述转换平台(32)固定安装在转换支架(29)上，转换平台(32)左右对称设置有矩形孔和销钉孔，矩形孔的两侧内壁开有滑槽A；所述滑块(34)两侧开设有厚度小于矩形块的滑轨B，滑块(34)两侧的滑轨B与转换平台(32)上的滑槽A进行间隙配合，从而实现滑块(34)沿转换平台(32)左右滑动；第二液压缸(33)固定在转换平台(32)上，第二液压缸(33)的活塞杆与滑块(34)相连；所述销钉(37)安装在转换平台(32)上的销钉孔内，右直杆(36)、左直杆(38)的一端均安装在销钉(37)上，并均可绕销钉(37)进行转动；右曲杆(35)、左曲杆(39)的一端均铰接于滑块(34)上，右直杆(36)、左直杆(38)的另一端分别铰链于右曲杆(35)、左曲杆(39)上。...

【技术特征摘要】
1.一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置，其特征在于，包括激光发射系统、动态加载成形系统和放置转换系统；所述激光发射系统包括脉冲激光器(1)、反射镜(2)、可调聚焦透镜(3)、透镜支架(4)和基座(5)；所述透镜支架(4)垂直安装在基座(5)上，透镜支架(4)上安装有可调聚焦透镜(3)，可调聚焦透镜(3)将经过反射镜(2)反射的来自脉冲激光器(1)的激光聚焦；所述动态加载成形系统包括模具系统(7)、自动开合模装置(8)和三坐标移动平台(9)；所述三坐标移动平台(9)置于基座(5)上方；所述模具系统(7)包括凸模(18)和组合凹模(20)；工作时，所述凸模(18)和组合凹模(20)间隙配合；凸模(18)上端设有圆形凹腔，圆形凹腔用以放置约束层(16)和吸收层(17)；所述组合凹模(20)设置在底座(22)上；组合凹模(20)由结构相同的两个凹模组件对接而成，且底部设有矩形槽(40)和对称分布的限位块(21)；所述矩形槽(40)位于两个凹模组件连接处，所述对称的限位块(21)分别位于两个凹模组件上；所述自动开合模装置(8)包括底座(22)、第一液压缸(23)、连接块(24)、短杆(25)和长杆(26)；所述底座(22)为齿型结构，且底座(22)垂直的两侧面底端通过螺钉设置在三坐标移动平台(9)上，且对称安装有第一液压缸(23)，第一液压缸(23)的活塞杆与连接块(24)相连接，连接块(24)通过销轴与两个短杆(25)铰接，短杆(25)通过销轴与长杆(26)中心位置铰接，长杆(26)一端通过销轴安装在底座(22)上，另一端与安装在组合凹模(20)开设的第一圆孔(43)内的销轴相连接；底座(22)平行于三坐标移动平台(9)的面上设置有定位块(41)，该定位块(41)安装在组合凹模(20)下侧的矩形槽(40)内，底座(22)上、定位块(41)的两侧，且垂直于定位块(41)对称开设有限位槽(42)，该限位槽(42)用来安装限位块(21)；所述放置转换系统包括凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)；所述凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)结构相同，均包括转换底座(27)、转换电机(28)、转换支架(29)、伸缩气缸(30)和自动夹取装置(31)；所述凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)设置在三坐标移动平台(9)上，且分别置于自动开合模装置(8)的左侧与右侧；所述转换底座(27)上安装有转换支架(29)，转换支架(29)上从下至上依次安装有转换电机(28)、伸缩气缸(30)和自动夹取装置(31)；所述自动夹取装置(31)包括转换平台(32)、第二液压缸(33)、滑块(34)、右曲杆(35)、右直杆(36)、销钉(37)、左直杆(38)和左曲杆(39)；所述转换平台(32)固定安装在转换支架(29)上，转换平台(32)左右对称设置有矩形孔和销钉孔，矩形孔的两侧内壁开有滑槽A；所述滑块(34)两侧开设有厚度小于矩形块的滑轨B，滑块(34)两侧的滑轨B与转换平台(32)上的滑槽A进行间隙配合，从而实现滑块(34)沿转换平台(32)左右滑动；第二液压缸(33)固定在转换平台(32)上，第二液压缸(33)的活塞杆与滑块(34)相连；所述销钉(37)安装在转换平台(32)上的销钉孔内，右直杆(36)、左直杆(38)的一端均安装在销钉(37)上，并均可绕销钉(37)进行转动；右曲杆(35)、左曲杆(39)的一端均铰接于滑块(34)上，右直杆(36)、左直杆(38)的另一端分别铰链于右曲杆(35)、左曲杆(39)上。2.根据权利要求1所述的一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置，其特征在于：所述的组合凹模(20)尺寸为2cm×2cm×2cm。3.根据权利要求1所述的一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置，其特征在于：所述右曲杆(35)和左曲杆(39)的连接部位为直线型，夹取部位为圆形，且凸模放置转换系统(10)中右曲杆(35)和左曲杆(39)的夹取部位直径等于凸模(18)的直径，棒料放置转换系统(6)中右曲杆(35)和左曲杆(39)的夹取部位直径等于棒料(19)的直径。4.根据权利要求1所述的一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置，其特征在于：该装置还包括控制系统，该控制系统包括激光控制器(15)、计算机(14)、步进电机控制器(13)、液压控制系统(12)和三坐标移动平台控制器(11)；激光控制器(15)、步进电机控制器(13)、液压控制系统(12)和三坐标移动平台控制器(11)均与计算机(14)连接；所述激光控制器(15)与脉冲激光器(1)相连接，用于控制脉冲激光器(1)的工作状态；三坐标移动平台控制器(11)与三坐标移动平台(9)相连，用于控制其作平面移动；所述液压控制系统(12)与第一液压缸(23)、第二液压缸(33)相连，用于控制第一液压缸(23)、第二液压缸(33)的伸缩；所述步进电机控制器(13)与转换电机(28)、伸缩气缸(30)相连，用于控制转换电机(28)的转动和伸缩气缸(30)的上下移动。5.根据权利要求1所述的一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置，其特征在于，所述组合凹模(20)上端中心位置开设有T型结构。6.根据权利要求1至5任一项所述的基于一种激光动态加载成形微体积零件的自动化装置的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1.将激光控制器(15)、步进电机控制器(13)、液压控制系统(12)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘会霞，张文昊，沈宗宝，马友娟，王霄，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32