一种激光冲击金属薄板成形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冲击金属薄板成形装置及其方法，该装置包括激光发射系统、工件成形系统和控制系统三部分组成；所述激光控制发射系统由激光控制器、脉冲激光器、反光镜、聚光镜、聚光镜支架、底座；所述工件成形系统由压紧机构、Y型压紧手柄、弹簧一、长螺栓、成形机构、三坐标移动平台等组成；所述控制系统由计算机、激光控制器、三坐标移动平台控制器、实时温度控制器、加热装置、温度测量装置等组成；本发明专利技术采用脉冲激光作为能量源，通过加热辅助成形系统实现了单层及多层金属薄板的微变形，提高了成形性能。

A laser shock metal sheet forming device and its method

The invention discloses a laser shock sheet metal forming device and method thereof, the device comprises a laser emitting system, workpiece forming system and control system composed of three parts; the laser emission control system by laser controller, pulse laser, mirror, mirror, mirror bracket and a base; the workpiece forming system by pressing Y type mechanism, a pressing handle, a spring, a long bolt, forming mechanism, three coordinates of the mobile platform and other components; the control system is composed of computer, laser controller, three coordinates of the mobile platform controller, real-time temperature controller, a heating device, a temperature measuring device and other components; the invention adopts pulse laser as the energy source, the the micro deformation of monolayer and multilayer metal sheet by heating assisted forming system, improve the forming performance.

【技术实现步骤摘要】
一种激光冲击金属薄板成形装置及其方法
本专利技术属于激光加工制造及金属板成形领域，具体涉及一种激光冲击金属薄板成形装置及其方法。
技术介绍
随着社会的不断发展，科技生产水平得到了大幅度的提升，先进制造特别是精密制造的出现，使得越来越多微型零件被加工制造出来，广泛的应用到航天航空、生物医疗等各个方面。在精密制造发展的过程中，人们为了进一步提高微成形的成形性能，加热辅助成形被提出，并得到了广泛地应用。热作为一种辅助成形手段，通过提高成形温度可以增大材料的塑性，从而提高工件的微成形能力。而在加热辅助工件微弯曲成形中，成形装置的设计是微成形实验的重要任务之一。现有的加热辅助成形装置主要以电磁加热微成形装置为主，而这种加热装置不与工件接触，故而只适用于磁性工件，具有很大的局限性。而其他接触式加热辅助成形装置，大多采用开环温度控制，不能很好的实时监测、控制装置的温度，不能满足对温度精度要求高的微成形的需求。申请号为CN201310298622.2的中国专利公开了一种高应变率下的微塑性成形装置及方法，该成形装置由于结构的限制，使得每个模具上只能存在一种尺寸的微模，且更换试样时要卸掉压边圈和法兰，操作较为复杂。针对上述问题，有必要提供一种激光冲击金属薄板微弯曲加热辅助成形装置，以解决上述不足。
技术实现思路
本专利技术要解决的就是针对上述问题提供一种基于激光冲击的，采用加热辅助的金属薄板微成形装置及成形方法。温度控制精度高，且简单易操作。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种激光冲击金属薄板成形装置，包括激光发射控制系统、工件成形系统、控制系统；所述激光发射控制系统包括脉冲激光器、反光镜、聚光镜、聚光镜支架和底座；所述聚光镜支架垂直固定在底座上，聚光镜固定在聚光镜支架上，脉冲激光器发出的激光束经过45°设置的反光镜反射到聚光镜上进行聚光后照射到工件成形系统正上方；所述工件成形系统包括压紧机构、Y型压紧手柄、第一弹簧、长螺栓、成形机构和三坐标移动平台；所述成型机构和压紧机构置于经过聚光镜聚光后的激光束的正下方；所述三坐标移动平台位于底座之上，三坐标移动平台上安装有成型机构，成型机构正上方设置有压紧机构，所述压紧机构通过安装在Y型压紧手柄上的第一弹簧与成型机构连接；所述Y型压紧手柄一端设置在压紧机外壁上，另一端设置在成型机构外壁上，且Y型压紧手柄沿成型机构和压紧机构的轴线对称分布；所述压紧机构为中心开孔结构，且外壁上沿轴线对称设置有第一固定耳；所述成型机构外壁上沿轴线对称设置有第二固定耳；Y型压紧手柄安装在第一固定耳与第二固定耳内；所述成形机构还包括模具、模具底座、保温底座和固定键；所述保温底座通过螺栓与三坐标移动平台相连接；所述保温底座内部设置有模具底座，模具底座外侧开设有键槽，保温底座通过固定键与模具底座上开设的键槽键连接；所述模具底座为凹槽型，且凹槽形状为T字型结构，该T字形结构上端为圆孔A，下端为正方形槽，所述模具底座圆孔A中设置有模具；所述模具为T字型结构；所述模具上端面上90°均布开设有第一微槽、第二微槽、第三微槽和第四微槽；模具下端面安装在正方形槽内所述控制系统构成包括计算机、激光控制器、加热装置、测温装置、三坐标移动平台控制器和实时温度控制器；所述激光控制、三坐标移动平台控制器、温度控制器均与计算机相连；所述激光控制器与脉冲激光器相连，实现脉冲激光的控制；所述三坐标移动平台控制器与三坐标移动平台相连，实现平台的前后、左右、上下移动；所述实时温度控制器分别与加热装置和测温装置相连，实现成形机构温度的精确控制。进一步的，所述的压紧机构还包括保温外壳、短弹簧、少螺纹螺栓、多螺纹螺栓、动压块、螺母和约束环；所述保温外壳内安装有动压块，动压块为T型结构，动压块上套装有约束环，且约束环一端圆孔通过多螺纹螺栓与保温外壳端面固定，另一端圆孔使少螺纹螺栓通过；动压块与保温外壳端面之间通过少螺纹螺栓连接，且少螺纹螺栓上套装有短弹簧，在弹性力的作用下，动压块在保温外壳和约束环之间沿少螺纹螺栓上下移动，从而压紧成型机构中的约束层；所述约束层下表面设置有软膜。进一步的，所述的动压块T型结构一端的圆周上开设有圆形凹槽，该圆形凹槽用来使多螺纹螺栓从圆形凹槽外壁通过。进一步的，所述的模具底座上开设的凹槽位于模具底座中心一侧，通过模具底座上开设的正方形槽与模具方形凸起配合，实现模具加工不同的工件。进一步的，所述的保温底座外壁上开设有槽孔，用来安装加热装置。进一步的，所述的基于一种激光冲击金属薄板成形装置的成形装置的方法，具体包括如下步骤：步骤一：将保温底座固定在三坐标移动平台上；通过按压Y型压紧手柄使第一弹簧发生压缩变形，使得压紧机构和成形机构紧密贴合在一起；将激光控制器、三坐标移动平台控制器、温度控制器一端与计算机相连，另一端与脉冲激光器、三坐标移动平台、加热装置和测温装置相连；利用计算通过三坐标移动平台控制器移动三坐标移动平台，使得保温外壳中心位于激光光路上；步骤二：调整聚光镜、反光镜等的位置，使得脉冲激光器发出的激光聚焦在模具底座的中心，即模具的第一微槽或者第二微槽或者第三微槽或者第四微槽上；打开脉冲激光器和激光控制器，等待命令；步骤三：上抬Y型压紧手柄，使压紧机构上升，将工件放置于模具之上，并将约束层和软膜放置于工件之上，按压Y型压紧手柄，使压紧机构和成形机构靠近，并使得动压块在短弹簧的作用下，压紧约束层；步骤四：通过计算机点击释放脉冲命令，脉冲激光器产生脉冲激光，激光透过约束层，到达吸收层，并产生等离子体爆炸，使得工件在爆炸冲击力的作用下与模具的微槽贴合，从而实现微成形；步骤五：重复上述步骤三与步骤四，直至结束操作。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)该装置采用温度控制器与加热装置和温度测量装置相配合，采用PID控制算法，可以进行高精度温度控制，且采用陶瓷作为外壳材料，减少了热量的散失，加快了加热速度；(2)工件的夹紧采用弹簧与动态压块相结合的方式，可以实现不同压紧力和不同压紧高度的要求；(3)装置压紧机构与成形机构采用Y型压紧手柄和弹簧配合，使得取样、放样操作简单易操作，减少了操作步骤和时间。(4)通过模具上开设的不同的微槽，从而实现加工不同的工件，从而实现模具的多用性。(5)模具与模具底座设计成T字型结构，方便定位，且两者配合部位为方形，约束了两者相对转动角度，提高了模具放置精度以及工作效率。附图说明图1是本专利技术整体结构示意图；图2是本专利技术压紧机构装配爆炸图；图3是本专利技术压紧机构俯视图；图4是本专利技术压紧机构A-A剖视图；图5是本专利技术成形机构装配爆炸图；图6是本专利技术工件-模具放置方式爆炸图；图7是本专利技术模具底部的结构示意图；附图标记如下：1-计算机、2-激光控制器、3-脉冲激光器、4-反光镜、5-聚光镜、6-聚光镜支架、7-压紧机构、8-Y型压紧手柄、9-第一弹簧、10-长螺栓、11-成形机构、12-三坐标移动平台、13-底座、14-加热装置、15-测温装置、16-三坐标移动平台控制器、17-实时温度控制器、20-保温外壳、21-短弹簧、22-少螺纹螺栓、23-多螺纹螺栓、24-第一固定耳、25-动压块、26-螺母、27-约束环、28-约束层、29-软膜、30-工件、31-模具、32-模具底座、33-保温底座、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光冲击金属薄板成形装置，包括激光发射控制系统、工件成形系统和控制系统；所述激光发射控制系统包括脉冲激光器(3)、反光镜(4)、聚光镜(5)、聚光镜支架(6)和底座(13)；所述聚光镜支架(6)垂直固定在底座(13)上，聚光镜(5)固定在聚光镜支架(6)上，脉冲激光器(3)发出的激光束经过45°设置的反光镜(4)反射到聚光镜(5)上进行聚光后照射到工件成形系统正上方；所述工件成形系统包括压紧机构(7)、Y型压紧手柄(8)、第一弹簧(9)、长螺栓(10)、成形机构(11)和三坐标移动平台(12)；所述成型机构(11)和压紧机构(7)置于经过聚光镜(5)聚光后的激光束的正下方；所述三坐标移动平台(12)位于底座(13)之上，三坐标移动平台(12)上安装有成型机构(11)，成型机构(11)正上方设置有压紧机构(7)，所述压紧机构(7)通过安装在Y型压紧手柄(8)上的第一弹簧(9)与成型机构(11)连接；所述Y型压紧手柄(8)一端设置在压紧机构(7)外壁上，另一端设置在成型机构(11)外壁上，且Y型压紧手柄(8)沿成型机构(11)和压紧机构(7)的轴线对称分布；所述压紧机构(7)为中心开孔结构，且外壁上沿轴线对称设置有第一固定耳(24)；所述成型机构(11)外壁上沿轴线对称设置有第二固定耳(34)；Y型压紧手柄(8)安装在第一固定耳(24)与第二固定耳(34)内；所述成形机构(11)还包括模具(31)、模具底座(32)、保温底座(33)和固定键(35)；所述保温底座(33)通过螺栓与三坐标移动平台(12)相连接；所述保温底座(33)内部设置有模具底座(32)，模具底座(32)外侧开设有键槽，保温底座(33)通过固定键(35)与模具底座(32)上开设的键槽键连接；所述模具底座(33)为凹槽型，且凹槽形状为T字型结构，该T字形结构上端为圆孔A，下端为正方形槽(321)，所述模具底座(32)圆孔A中设置有模具(31)；所述模具(31)为T字型结构；所述模具(31)上端面上90°均布开设有第一微槽(311)、第二微槽(312)、第三微槽(313)和第四微槽(314)；模具(31)下端面安装在正方形槽(321)内；所述控制系统构成包括计算机(1)、激光控制器(2)、加热装置(14)、测温装置(15)、三坐标移动平台控制器(16)和实时温度控制器(17)；所述激光控制器(2)、三坐标移动平台控制器(16)、温度控制器(17)均与计算机(1)相连；所述激光控制器(2)与脉冲激光器(3)相连，实现脉冲激光的控制；所述三坐标移动平台控制器(16)与三坐标移动平台(12)相连，实现平台的前后、左右、上下移动；所述实时温度控制器(17)分别与加热装置(14)和测温装置(15)相连，实现成形机构(11)温度的精确控制。...

【技术特征摘要】
1.一种激光冲击金属薄板成形装置，包括激光发射控制系统、工件成形系统和控制系统；所述激光发射控制系统包括脉冲激光器(3)、反光镜(4)、聚光镜(5)、聚光镜支架(6)和底座(13)；所述聚光镜支架(6)垂直固定在底座(13)上，聚光镜(5)固定在聚光镜支架(6)上，脉冲激光器(3)发出的激光束经过45°设置的反光镜(4)反射到聚光镜(5)上进行聚光后照射到工件成形系统正上方；所述工件成形系统包括压紧机构(7)、Y型压紧手柄(8)、第一弹簧(9)、长螺栓(10)、成形机构(11)和三坐标移动平台(12)；所述成型机构(11)和压紧机构(7)置于经过聚光镜(5)聚光后的激光束的正下方；所述三坐标移动平台(12)位于底座(13)之上，三坐标移动平台(12)上安装有成型机构(11)，成型机构(11)正上方设置有压紧机构(7)，所述压紧机构(7)通过安装在Y型压紧手柄(8)上的第一弹簧(9)与成型机构(11)连接；所述Y型压紧手柄(8)一端设置在压紧机构(7)外壁上，另一端设置在成型机构(11)外壁上，且Y型压紧手柄(8)沿成型机构(11)和压紧机构(7)的轴线对称分布；所述压紧机构(7)为中心开孔结构，且外壁上沿轴线对称设置有第一固定耳(24)；所述成型机构(11)外壁上沿轴线对称设置有第二固定耳(34)；Y型压紧手柄(8)安装在第一固定耳(24)与第二固定耳(34)内；所述成形机构(11)还包括模具(31)、模具底座(32)、保温底座(33)和固定键(35)；所述保温底座(33)通过螺栓与三坐标移动平台(12)相连接；所述保温底座(33)内部设置有模具底座(32)，模具底座(32)外侧开设有键槽，保温底座(33)通过固定键(35)与模具底座(32)上开设的键槽键连接；所述模具底座(33)为凹槽型，且凹槽形状为T字型结构，该T字形结构上端为圆孔A，下端为正方形槽(321)，所述模具底座(32)圆孔A中设置有模具(31)；所述模具(31)为T字型结构；所述模具(31)上端面上90°均布开设有第一微槽(311)、第二微槽(312)、第三微槽(313)和第四微槽(314)；模具(31)下端面安装在正方形槽(321)内；所述控制系统构成包括计算机(1)、激光控制器(2)、加热装置(14)、测温装置(15)、三坐标移动平台控制器(16)和实时温度控制器(17)；所述激光控制器(2)、三坐标移动平台控制器(16)、温度控制器(17)均与计算机(1)相连；所述激光控制器(2)与脉冲激光器(3)相连，实现脉冲激光的控制；所述三坐标移动平台控制器(16)与三坐标移动平台(12)相连，实现平台的前后、左右、上下移动；所述实时温度控制器(17)分别与加热装置(14)和测温装置(15)相连，实现成形机构(11)温度的精确控制。2.根据权利要求1所述的一种激光冲击金属薄板成形装置，其特征在于，所述压紧机构(7)还包括保温外壳(20)、短弹簧(21)、少螺纹螺栓(...

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