一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置及方法，属于测量技术领域。该装置包括激光成形系统和测量系统，激光成形系统包括光学玻璃、激光器、吸收层、金属薄板、金属圆棒、阻隔薄膜、绝缘纸及凹模；首先采用绝缘纸和阻隔薄膜使金属模具与金属薄板及金属圆棒不直接接触，金属薄板和金属圆棒分别接通电源正负两极，金属薄板受激光冲击变形后接触到金属圆棒，测量回路导通，产生的电压脉冲信号的个数就是高速运动的金属薄板与金属模具碰撞次数，电压脉冲的宽度就是碰撞接触的时间。该方法和装置可以精确测出板材激光冲击高速成形中的碰撞过程。本发明专利技术装置具有潜在的市场应用前景。

A device and method for measuring the collision process in laser shock forming of sheet metal

【技术实现步骤摘要】
一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置及方法
：本专利技术属于测量
，具体涉及板材在高能物质作用下与成形模具贴合过程中的碰撞次数和碰撞接触时间的测量装置及方法，特别适用于在激光冲击下板材高速成形过程中难以用常规方法测量板材与模具碰撞过程。
技术介绍
：目前，激光冲击成形已经得到了广泛的应用，高应变率的激光冲击成形技术极大地改善了常温下难成形材料的塑性，可以实现钛合金等在常温下难成形的材料的复杂形状的成形。激光冲击成形属于高速成形，有一个显著的特点：板材从激光诱导的高压冲击波中获得动能和动量，然后高速运动，运动的速度很快，甚至高达几百米/秒，如此高速运动的板材在成形过程中与模具发生激烈的碰撞而反弹起来，甚至随后它们之间还会发生的多次碰撞。板材与模具之间的剧烈的碰撞引起材料的硬化效应，不同的碰撞时间和碰撞的次数对材料的硬化效应影响的程度不同，特别是碰撞造成了能量的损失，反弹跳起遗留的塑性变形还大大降低板材的成形的精度，因此，能够测出碰撞的时间和碰撞的次数等情况，对于阐明板材在高速成形中的硬化效应、精确控制激光输出能量、提高板材成形精度等十分必要。然而，由于板材与模具碰撞接触的时间极短，碰撞发生在模腔部位底部。因模具遮挡，现有的VISAR激光速度干涉仪不可能从模具的底部方向测出板材运动变形的速度，更不可能测出碰撞的接触的时间以及碰撞的次数。由于在激光诱导冲击波时，传输激光脉冲的导光管摆放在模具的前方，VISAR激光速度干涉仪没有放置的位置，而且激光辐照产生的高压等离子短时间的聚集在模腔内，也遮挡了VISAR发出的测量激光脉冲，使它很难到达变形板材的表面。目前，还很难有现成的工具测量激光冲击过程中板材贴合时板材与模具碰撞的时间及碰撞的次数。
技术实现思路
：本专利技术针对现有技术存在的上述问题，提供一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置及方法。本专利技术装置包括激光成形系统和测量系统。所述激光成形系统包括光学玻璃3、激光器4、吸收层5、金属薄板6、金属圆棒14、阻隔薄膜15、绝缘纸16、凹模17、两个左右对称设置的垫块1、螺栓2及压板7；所述阻隔薄膜15包裹在所述金属圆棒14圆周面上，所述金属圆棒14与所述凹模17的圆孔过盈配合，所述绝缘纸16的中部区域开有直径与所述凹模17开口直径相等的孔，所述绝缘纸16放在所述凹模17上，所述金属薄板6放置在所述绝缘纸16上，所述金属薄板6的上端面涂覆所述吸收层5，所述光学玻璃3放置在涂有所述吸收层5上，所述垫块1放置在所述凹模17上，所述螺栓2穿过所述压板7与所述凹模17上螺纹孔连接，所述压板7一端放置在所述垫块1，所述压板7另一端放置在所述光学玻璃3上，所述螺栓2通过所述的压板7将所述光学玻璃3、吸收层5、金属薄板6、绝缘纸16固定在所述的凹模17上；所述激光器4位于所述光学玻璃3上方，所述脉冲器4产生的脉冲激光穿过所述的光学玻璃3辐照在所述吸收层5上；所述测量系统包括金属薄板6、导线8、开关9、电源10、定值电阻11、数据采集记录仪12、计算机13、金属圆棒14；所述导线8依次将所述金属薄板6、开关9、电源10、定值电阻11和金属圆棒14连接起来，所述定值电阻11两端通过导线并联着所述数据采集记录仪12，所述数据采集记录仪12通过导线连接着所述计算机13。本专利技术同时提供一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置的测量方法，该方法具体步骤如下：(1)安装完成所述激光成形系统和连接好所述测量系统，接通产生所述激光器4的激光器电源，合上所述测量系统中的所述开关9。(2)所述激光器4穿过所述光学玻璃3辐照在所述吸收层5上，所述吸收层5上的材料瞬间被电离成高温高压等离子体，高温高压等离子体扩散形成的高压冲击波作用在所述金属薄板6上，所述金属薄板6在高压冲击波作用下高速向凹模17的模腔内运动。(3)所述金属薄板6中心区域下移速度最快，最先到达所述凹模7的底部并与所述金属圆棒14碰撞，此时测量回路导通，所述金属薄板6的高速运动的中心区域与所述金属圆棒14碰撞后弹起跳起，此时测量回路断路；随后反弹的材料的动能逐渐转化为存储的弹性能和塑性功，反弹的区域跳至最高点时，材料不再向上运动，而是在弹性能释放的作用下，中心区域再次向下运动并与所述金属圆棒14碰撞，测量回路再导通；随后在反弹跳起再下降碰撞，直至所述金属薄板6从冲击波波中所获的动能消耗完；所述数据采集记录仪12采集到测量回路导通时的电压信号存储在所述计算机13；其中电压脉冲信号的个数就是所述金属薄板6与所述金属圆棒14碰撞的次数，电压脉冲的宽度就是碰撞接触时间。(4)断开产生所述激光器4的电路，断开所述测量系统中所述开关9，完成对成形过程中碰撞过程的测量。本专利技术具有以下技术特点：1、本专利技术将激光冲击高速成形过程中板材与模具的碰撞次数和碰撞后接触时间转换为易于测量的电压脉冲信号，使现有技术手段无法观测到模具内部的碰撞情况变为可视。2、本专利技术采用电感式电路来替代位移的测量，将瞬态的碰撞接触情况转化为电路中的电压脉冲的信号，回路的响应迅速，测量精度高，测量结果精确。3、本专利技术测量设备较为简单，无需昂贵复杂的设备器材，测量设备调试简单，在测量过程中对人身安全没有任何安全威胁，安全可靠。附图说明：图1为本专利技术测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置的结构示意图；图2为本专利技术装置图1中Ⅰ区的放大结构示意图。图中：1：垫块；2：螺栓；3：光学玻璃；4：激光器；5：吸收层；6：金属薄板；7：压板；8：导线；9：开关；10：电源；11：定值电阻；12：数据采集记录仪；13：计算机；14：金属圆棒；15：阻隔薄膜；16：绝缘纸；17：凹模。具体实施方式：本专利技术提供一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置及方法，该装置包括激光成形系统和测量系统两大部分。激光成形系统包括垫块1、螺栓2、光学玻璃3、激光器4、吸收层5、金属薄板6、压板7、金属圆棒14、阻隔薄膜15、绝缘纸16及凹模17。测量系统包括金属薄板6、导线8、开关9、电源10、定值电阻11、数据采集记录仪12及计算机(13)。测量系统中的导线8依次将金属薄板6、开关9、电源10、定值电阻11和金属圆棒14串联起来，定值电阻11两端通过导线并联着所述数据采集记录仪12，数据采集记录仪12通过导线连接计算机13。电源10的电压为1.5V，定值电阻11的电阻大小为20Ω。当电路导通时，定值电阻11上有电流通过，数据采集记录仪12能记录定值电阻11上的电压信号及持续的时间。成形系统中阻隔薄膜15是一种高分子材料绝缘材料薄膜，能够抗撕裂，它先包裹金属圆棒14圆周面上，再将金属圆棒14压进凹模17的圆孔中，这样使电流不传导给凹模17。金属圆棒14的材料和硬度与凹模17相同，金属圆棒14的直径为Φ3mm-8mm，高度与凹模17底部的厚度相同，在压入过程中，金属圆棒14上端部与凹模17的底部平齐。绝缘纸16的中部区域开有直径与所述凹模17开口直径相等的孔，绝缘纸16放在金属薄板6与凹模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置，其特征在于该装置包括激光成形系统和测量系统；所述激光成形系统包括光学玻璃(3)、激光器(4)、吸收层(5)、金属薄板(6)、金属圆棒(14)、阻隔薄膜(15)、绝缘纸(16)、凹模(17)、两个左右对称设置的垫块(1)、螺栓(2)及压板(7)；所述阻隔薄膜(15)包裹在所述金属圆棒(14)圆周面上，所述金属圆棒(14)与所述凹模(17)的圆孔过盈配合，所述绝缘纸(16)的中部区域开有直径与所述凹模(17)开口直径相等的孔，所述绝缘纸(16)放在所述凹模(17)上，所述金属薄板(6)放置在所述绝缘纸(16)上，所述金属薄板(6)的上端面涂覆所述吸收层(5)，所述光学玻璃(3)放置在涂有所述吸收层(5)上，所述垫块(1)放置在所述凹模(17)上，所述螺栓(2)穿过所述压板(7)与所述凹模(17)上螺纹孔连接，所述压板(7)一端放置在所述垫块(1)，所述压板(7)另一端放置在所述光学玻璃(3)上，所述螺栓(2)通过所述的压板(7)将所述光学玻璃(3)、吸收层(5)、金属薄板(6)、绝缘纸(16)固定在所述的凹模(17)上；所述激光器(4)位于所述光学玻璃(3)上方，所述脉冲器(4)产生的脉冲激光穿过所述的光学玻璃(3)辐照在所述吸收层(5)上；所述测量系统包括金属薄板(6)、导线(8)、开关(9)、电源(10)、定值电阻(11)、数据采集记录仪(12)、计算机(13)及金属圆棒(14)；所述导线(8)依次将所述金属薄板(6)、开关(9)、电源(10)、定值电阻(11)和金属圆棒(14)连接起来，所述定值电阻(11)两端通过导线并联着所述数据采集记录仪(12)，所述数据采集记录仪(12)通过导线连接着所述计算机(13)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种测量板材激光冲击高速成形中碰撞过程的装置，其特征在于该装置包括激光成形系统和测量系统；所述激光成形系统包括光学玻璃(3)、激光器(4)、吸收层(5)、金属薄板(6)、金属圆棒(14)、阻隔薄膜(15)、绝缘纸(16)、凹模(17)、两个左右对称设置的垫块(1)、螺栓(2)及压板(7)；所述阻隔薄膜(15)包裹在所述金属圆棒(14)圆周面上，所述金属圆棒(14)与所述凹模(17)的圆孔过盈配合，所述绝缘纸(16)的中部区域开有直径与所述凹模(17)开口直径相等的孔，所述绝缘纸(16)放在所述凹模(17)上，所述金属薄板(6)放置在所述绝缘纸(16)上，所述金属薄板(6)的上端面涂覆所述吸收层(5)，所述光学玻璃(3)放置在涂有所述吸收层(5)上，所述垫块(1)放置在所述凹模(17)上，所述螺栓(2)穿过所述压板(7)与所述凹模(17)上螺纹孔连接，所述压板(7)一端放置在所述垫块(1)，所述压板(7)另一端放置在所述光学玻璃(3)上，所述螺栓(2)通过所述的压板(7)将所述光学玻璃(3)、吸收层(5)、金属薄板(6)、绝缘纸(16)固定在所述的凹模(17)上；所述激光器(4)位于所述光学玻璃(3)上方，所述脉冲器(4)产生的脉冲激光穿过所述的光学玻璃(3)辐照在所述吸收层(5)上；所述测量系统包括金属薄板(6)、导线(8)、开关(9)、电源(10)、定值电阻(11)、数据采集记录仪(12)、计算机(13)及金属圆棒(14)；所述导线(8)依次将所述金属薄板(6)、开关(9)、电源(10)、定值电阻(11)和金属圆棒(14)连接起来，所述定值电阻(11)两端通过导线并联着所述数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴权，陈剑剑，苏海沙，方进秀，王会廷，尹元德，宋广生，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34