一种激光间接冲击薄板剪切变形连接的可调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间接冲击薄板剪切变形连接的可调装置及其方法，该装置包括激光发生系统、计算机控制系统和剪切变形连接系统；激光发生系统包括纳秒脉冲激光发射器、反射镜、聚焦镜、聚焦镜支架、工作台；计算机控制系统包括激光发生控制器、计算机、液压控制装置A、液压控制装置B、三维移动调整控制装置；所述剪切变形连接系统包括压边装置、工件系统、可调组合成形模具、三维移动调整平台。本发明专利技术采用纳秒脉冲激光作为间接能量源，通过组合模具实现了同种或异种的多层金属薄板的剪切变形连接，获得在连接平面内较高的扭转强度和剥离强度，垂直方向上亦拥有可靠的连接强度。

An adjustable device for shear deformation connection of laser indirect impact thin plate and its method

The invention discloses an adjustable device connection and method of deformation of a laser indirect shock shear plate, the device comprises a laser generating system, computer control system and shear connection system; laser system includes nanosecond pulsed laser transmitter, reflector, focusing lens and a focusing lens bracket, table; computer control system including laser occurrence of controller, computer, hydraulic control device of hydraulic control device A, B, 3D mobile control device; connection system comprises a clamping device, a workpiece system, adjustable combination mold, 3D mobile platform of the adjustment of shear deformation. The invention adopts the nanosecond pulse laser as an indirect source of energy, through the combination of die shear multilayer metal sheet or dissimilar deformation of the connection in connection plane high torsional strength and peel strength, the vertical direction has reliable connection strength.

【技术实现步骤摘要】
一种激光间接冲击薄板剪切变形连接的可调装置及其方法
本专利技术属于激光加工制造领域与金属薄板机械变形连接
，尤指激光冲击变形的金属薄板的新型可调连接装置及其方法。
技术介绍
随着新型金属薄板材料使用越来越广泛，金属薄板材料的连接技术在整个制造业中扮演着越来越重要的角色，如精密仪器，生物材料，医疗器械和电子电气等工业领域。为了连接不同种类、表面有镀层以及难焊的薄板材料，人们已经创造出许多机械变形连接技术，并且工业生产对于板料连接的强度要求逐步提高。申请号为201210070099.3的中国专利提出了包括冲孔和铆接两个步骤的金属板材连接技术，该技术首先在上下板料上分别开一大一小地通孔，再将上板材的自身材料冷挤压到下板铆接孔中实现板材铆接。该方法易于实现不同种类的金属板材的连接，其问题在于工艺步骤包括冲孔和铆接两部分，降低了生产效率，对上下两通孔的进行铆接时的对心放置，以及平行于铆接孔平面的扭转强度无法保证。申请号为201420428049.2的中国专利提出了一种瓣合式模具，通过凹凸模之间的配合挤压，使得两块薄板材料发生流动形成内锁，其问题在于平行于互锁接头平面的扭转强度无法得到保证。
技术实现思路
为了改善现有的金属薄板连接方法中存在的上述不足，本专利技术提供了一种激光间接冲击薄板剪切变形连接的可调装置及其方法，旨在于实现具有可靠扭转强度的同种或异种的多层金属薄板的连接，为了提高生产效率，采用脉冲激光作为间接能量源，通过可调组合成形模具，使得多层金属薄板之间发生剪切变形和塑性变形，剪切变形使得金属薄板获得较高的平行于平面的扭转强度和剥离强度，塑性变形使得多层金属薄板在剪切变形后获得卡结并铆接在一起，获得垂直于平面的可靠的剥离强度。本专利技术中可调组合模具实现了组合模具的自动安装和调整，保证了工件剪切变形连接的生产精度和生产效率。本专利技术通过下述装置和技术方法实现上述目的。激光间接冲击薄板剪切变形连接的可调装置，包括激光发生系统、计算机控制系统和剪切变形连接系统；所述激光发生系统包括纳秒脉冲激光发射器、反射镜、聚焦镜、聚焦镜支架和工作台；所述聚焦镜支架垂直安装在工作台上；所述聚焦镜支架上安装有与工作台平行的聚焦镜，且聚焦镜置于经过45°布置的反射镜反射的由纳秒脉冲激光发射器发射出的激光的光路中心；所述计算机控制系统包括激光发生控制器、计算机、液压控制装置A、液压控制装置B和三维移动调整控制装置；所述激光发生控制器、液压控制装置A、液压控制装置B、三维移动调整控制装置均与计算机相连；所述激光发生控制器与纳秒脉冲激光发射器相连，用于控制调整纳秒脉冲激光发射器发射激光的状态；所述三维移动调整控制装置与三维移动调整平台相连，用于控制三维移动调整平台的移动；所述液压控制装置A与液压缸相连，用于控制液压缸的不同工位状态；所述液压控制装置A与液压缸相连，用于控制单杆双作用液压缸的不同工位状态；所述剪切变形连接系统包括压边装置、工件系统、可调组合成形模具和三维移动调整平台；所述可调组合成形模具包括方形槽凹模、凹模砧块、方形剪切模、剪切模滑套、模具支撑、液压缸A、连接块A、液压缸B、连接块B和定位块；所述液压缸B对称设置在模具支撑的四角位置上，液压缸B的活塞杆分别通过连接块B与方形槽凹模连接，所述液压缸A安装在模具支撑中心位置，液压缸A的活塞杆与连接块A相连接；所述方形槽凹模与剪切模滑套间隙配合；所述剪切模滑套通过螺栓安装于模具支撑中心位置上，且其中心开设有槽孔A，槽孔A与方形剪切模间隙配合，且方形剪切模下端与连接块A相连接；方形剪切模上端左右对称开设有定位槽，定位槽内安装有L型块，两L型块之间设置有凹模砧块；凹模砧块通过螺栓安装在剪切模滑套上端面上；所述模具支撑安装在三维移动调整平台上；所述三维移动调整平台安装在工作台上；所述工件系统从上到下包括有掩膜、约束层、吸收层、上层薄板、下层薄板，工件系统通过左右对称布置的压边装置放置于可调组合成形模具中心位置，且置于激光光路的中心上；所述压边装置设置在三维移动调整平台上。优选的，所述方形槽凹模左右两侧位置处设置有定位块，定位块安装在模具支撑上，且置于前后布置的液压缸B之间。优选的，方形槽凹模、方形剪切模和凹模砧块组成长方形体空腔，即凹模形腔，凹模砧块宽度为1mm。优选的，可调组合成形模具中只需调整液压缸B，液压缸A随动，可以改变剪切变形深度。激光间接冲击薄板剪切变形连接的方法，具体步骤包括如下：S1.将激光发生控制器、液压控制装置A、液压控制装置B、三维移动调整控制装置与计算机相连；将方形剪切模与剪切模滑套配合；通过连接块A将方形剪切模和液压缸A连接；通过圆柱销和菱形销将液压缸A定位于模具支撑，通过螺栓将其紧固；通过圆柱销和菱形销将剪切模滑套定位于模具支撑，通过螺栓将其紧固；将凹模砧块固定于剪切模滑套；在模具支撑上安装定位块；将四个液压缸B通过螺栓连接在模具支撑上，通过连接块B将液压缸B与方形槽凹模相连，同时方形剪切模切口嵌套于方形槽凹模槽口；计算机控制液压控制装置A根据定位块调整方形槽凹模高度；计算机控制液压控制装置B根据方形槽凹模高度相应控制调整方形剪切模高度；计算机通过三维移动调整控制装置控制三维移动调整平台的移动，使得可调组合成形模具置于位于激光光路上；S2.将工件系统放置于可调组合成形模具上，使得掩膜透光孔中心位于激光光路上，之后压边装置对工件系统进行压紧；S3.调整聚焦镜获得合适的激光光斑直径，利用计算机通过激光发生控制器控制纳秒脉冲激光发射器产生合适的脉冲能量及脉冲次数；S4.打开纳秒脉冲激光发射器开关，持续特定数量的脉冲，激光聚焦到工件系统上，通过掩膜透光孔滤去多余边缘光束，再穿过约束层到达吸收层，吸收层表面材料迅速气化和电离，形成高温高压的等离子体，等离子体迅速膨胀，产生强冲击波，在冲击波和可调组合成形模具的作用下，上层薄板、下层薄板发生剪切变形，计算机通过液压控制装置A控制液压缸A将方形剪切模退让一定行程，打开纳秒脉冲激光发射器开关，持续特定数量的脉冲使上下薄板剪切部分发生塑性变形并形成卡结，从而完成金属薄板的剪切变形连接；S5.一次金属薄板的剪切变形连接完成后，压边装置卸压；取出完成的工件系统的连接接头，计算机通过液压控制装置A控制液压缸A将方形剪切模恢复原位，由此进入下一个工作生产循环。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用纳秒脉冲激光作为间接能量源，通过组合模具实现了同种或异种的多层金属薄板的剪切变形连接，获得在连接平面内较高的扭转强度和剥离强度，垂直方向上亦拥有可靠的连接强度；本专利技术中可调组合模具实现了组合模具的自动安装和调整，保证了工件剪切变形连接的生产精度和生产效率。附图说明图1是本专利技术所述的激光间接冲击薄板剪切变形连接的可调装置的结构示意图；图2是方形槽凹模示意图；图3是凹模砧块示意图；图4是方形剪切模示意图；图5是剪切模滑套示意图；图6是模具支撑示意图；图7是定位块示意图；图8本专利技术中掩膜示意图；图9是本专利技术中可调组合成形模具的结构示意图；图10是本专利技术中工件系统加工前的剖视图；图11是本专利技术中工件系统加工后的剖视图；附图标记如下：1.工作台；2.三维移动调整平台；3.可调组合成形模具；4.工件系统；5.压边装置；6.聚焦镜支架；7.聚焦镜；8.反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光间接冲击薄板剪切变形连接的可调装置，其特征在于，包括激光发生系统、计算机控制系统和剪切变形连接系统；所述激光发生系统包括纳秒脉冲激光发射器(9)、反射镜(8)、聚焦镜(7)、聚焦镜支架(6)和工作台(1)；所述聚焦镜支架(6)垂直安装在工作台(1)上；所述聚焦镜支架(6)上安装有与工作台(1)平行的聚焦镜(7)，且聚焦镜(7)置于经过45°布置的反射镜(8)反射的由纳秒脉冲激光发射器(9)发射出的激光的光路中心；所述计算机控制系统包括激光发生控制器(10)、计算机(11)、液压控制装置A(12)、液压控制装置B(13)和三维移动调整控制装置(14)；所述激光发生控制器(10)、液压控制装置A(12)、液压控制装置B(13)、三维移动调整控制装置(14)均与计算机(11)相连；所述激光发生控制器(10)与纳秒脉冲激光发射器(9)相连，用于控制调整纳秒脉冲激光发射器(9)发射激光的状态；所述三维移动调整控制装置(14)与三维移动调整平台(2)相连，用于控制三维移动调整平台(2)的移动；所述液压控制装置A(12)与液压缸(20)相连，用于控制液压缸(20)的不同工位状态；所述液压控制装置A(13)与液压缸(22)相连，用于控制单杆双作用液压缸(22)的不同工位状态；所述剪切变形连接系统包括压边装置(5)、工件系统(4)、可调组合成形模具(3)和三维移动调整平台(2)；所述可调组合成形模具(3)包括方形槽凹模(15)、凹模砧块(16)、方形剪切模(17)、剪切模滑套(18)、模具支撑(19)、液压缸A(20)、连接块A(21)、液压缸B(22)、连接块B(23)和定位块(24)；所述液压缸B(22)对称设置在模具支撑(19)的四角位置上，液压缸B(22)的活塞杆分别通过连接块B(23)与方形槽凹模(15)连接，所述液压缸A(20)安装在模具支撑(19)中心位置，液压缸A(20)的活塞杆与连接块A(21)相连接；所述方形槽凹模(15)与剪切模滑套(18)间隙配合；所述剪切模滑套(18)通过螺栓安装于模具支撑(19)中心位置上，且其中心开设有槽孔A，槽孔A与方形剪切模(17)间隙配合，且方形剪切模(17)下端与连接块A(21)相连接；方形剪切模(17)上端左右对称开设有定位槽，定位槽内安装有L型块，两L型块之间设置有凹模砧块(16)；凹模砧块(16)通过螺栓安装在剪切模滑套(18)上端面上；所述模具支撑(19)安装在三维移动调整平台(2)上；所述三维移动调整平台(2)安装在工作台(1)上；所述工件系统(4)从上到下包括有掩膜(25)、约束层(26)、吸收层(27)、上层薄板(28)、下层薄板(29)，工件系统(4)通过左右对称布置的压边装置(5)放置于可调组合成形模具(3)中心位置，且置于激光光路的中心上；所述压边装置(6)设置在三维移动调整平台(2)上。...

【技术特征摘要】
1.一种激光间接冲击薄板剪切变形连接的可调装置，其特征在于，包括激光发生系统、计算机控制系统和剪切变形连接系统；所述激光发生系统包括纳秒脉冲激光发射器(9)、反射镜(8)、聚焦镜(7)、聚焦镜支架(6)和工作台(1)；所述聚焦镜支架(6)垂直安装在工作台(1)上；所述聚焦镜支架(6)上安装有与工作台(1)平行的聚焦镜(7)，且聚焦镜(7)置于经过45°布置的反射镜(8)反射的由纳秒脉冲激光发射器(9)发射出的激光的光路中心；所述计算机控制系统包括激光发生控制器(10)、计算机(11)、液压控制装置A(12)、液压控制装置B(13)和三维移动调整控制装置(14)；所述激光发生控制器(10)、液压控制装置A(12)、液压控制装置B(13)、三维移动调整控制装置(14)均与计算机(11)相连；所述激光发生控制器(10)与纳秒脉冲激光发射器(9)相连，用于控制调整纳秒脉冲激光发射器(9)发射激光的状态；所述三维移动调整控制装置(14)与三维移动调整平台(2)相连，用于控制三维移动调整平台(2)的移动；所述液压控制装置A(12)与液压缸(20)相连，用于控制液压缸(20)的不同工位状态；所述液压控制装置A(13)与液压缸(22)相连，用于控制单杆双作用液压缸(22)的不同工位状态；所述剪切变形连接系统包括压边装置(5)、工件系统(4)、可调组合成形模具(3)和三维移动调整平台(2)；所述可调组合成形模具(3)包括方形槽凹模(15)、凹模砧块(16)、方形剪切模(17)、剪切模滑套(18)、模具支撑(19)、液压缸A(20)、连接块A(21)、液压缸B(22)、连接块B(23)和定位块(24)；所述液压缸B(22)对称设置在模具支撑(19)的四角位置上，液压缸B(22)的活塞杆分别通过连接块B(23)与方形槽凹模(15)连接，所述液压缸A(20)安装在模具支撑(19)中心位置，液压缸A(20)的活塞杆与连接块A(21)相连接；所述方形槽凹模(15)与剪切模滑套(18)间隙配合；所述剪切模滑套(18)通过螺栓安装于模具支撑(19)中心位置上，且其中心开设有槽孔A，槽孔A与方形剪切模(17)间隙配合，且方形剪切模(17)下端与连接块A(21)相连接；方形剪切模(17)上端左右对称开设有定位槽，定位槽内安装有L型块，两L型块之间设置有凹模砧块(16)；凹模砧块(16)通过螺栓安装在剪切模滑套(18)上端面上；所述模具支撑(19)安装在三维移动调整平台(2)上；所述三维移动调整平台(2)安装在工作台(1)上；所述工件系统(4)从上到下包括有掩膜(25)、约束层(26)、吸收层(27)、上层薄板(28)、下层薄板(29)，工件系统(4)通过左右对称布置的压边装置(5)放置于可调组合成形模具(3)中心位置，且置于激光光路的中心上；所述压边装置(6)设置在三维移动调整平台(2)上。2.根据权利要求1所述的激光间接冲击薄板剪切变形连接的可调装置，其特征在于，所述方形槽凹模(15)左右两侧位置处设置有定位块(24)，定位块(24)安装在模具支撑...

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