[发明专利]一种激光直接复合微塑性成形装置与方法

权利要求书

1.一种激光直接复合微塑性成形装置，其特征在于，由激光加载装置、成形系统、控制系统组成。激光加载装置由纳秒激光器(11)、全反镜(8)、透镜(7)和透镜调整臂(6)组成；成形系统包括试样体(5)、夹具(4)、水平移动工作台(2)、竖直移动工作台(3)；控制系统由移动平台控制器(13)、计算机(12)和激光控制器(10)组成；所述控制系统分别控制激光加载系统、成形系统；所述移动平台控制器(13)分别与计算机(12)和水平移动工作台(2)、竖直移动工作台(3)相互连接；所述激光控制器(10)分别与计算机(12)和激光加载系统中的纳秒激光器(11)相连接；所述全反镜(8)、透镜(7)和透镜调整臂(6)等安装在L型底座(1)上。所述夹具(4)安装在竖直移动工作台(3)，夹具(4)夹紧和定位试样体(5)；试样体(5)是由约束层(14)、能量吸收层(15)、工件(16)和复合微模具(17)组成；所述能量吸收层(15)和工件(16)为金属箔板，能量吸收层(15)和工件(16)厚度为5～30μm，所述约束层(14)为K9玻璃；所述复合微模具(17)包括拉伸凹模(18)、切边凹模(19)和冲孔凸模(20)，所述切边凹模(19)为环形凹腔，环绕在拉伸凹模(18)凹腔边缘外围，拉伸凹模(18)与切边凹模(19)同轴，所述冲孔凸模(20)位于拉伸凹模(18)腔内，拉伸凹模(18)具有圆角边缘，切边凹模(19)和冲孔凸模(20)具直角边缘，所述拉伸凹模(18)和冲孔凸模(20)形状根据成形工件的成形要求来设计，确定相对位置关系的拉伸凹模(18)、切边凹模(19)和冲孔凸模(20)构成复合微模具(17)上一组复合成形模。

2.根据权利要求1所述的激光间接复合微塑性成形装置，其特征在于，所述复合微模具(17)上复合成形模按照N×M成阵列排列，N和M数量按照所需生产零件数量确定。

3.一种实施权利要求1所述的激光直接微塑性成形装置的方法，其特征在于，具体步骤如下：

A.复合微模具(17)制备及工件毛坯尺寸的确定，根据所需要成形工件的形貌设计制作复合微模具(17)，然后根据复合微模具(17)成形区域的大小计算出工件毛坯尺寸；

B.试样体(5)的装配、密封与装夹，将工件毛坯、能量吸收层(15)和约束层(14)依次叠放在复合微模具(17)上，用水对能量吸收层(15)与约束层(14)之间进行密封。然后将复合微模具(17)、工件(16)、能量吸收层(15)和约束层(14)在夹具(4)中夹紧；

C.激光作用区域对准，利用激光控制器(10)调控纳秒激光器(11)发出一束调试光，利用移动平台控制器(13)控制水平移动平台(2)和竖直移动平台(3)精确动作，使得经全反镜(8)反射和透镜(7)聚焦后的调试光光斑覆盖试样体(5)表面，保持各部件位置的固定，关闭调试光；

D.获取所需激光能量，通过计算机(12)优化激光参数，控制纳秒激光器(11)所发出脉冲激光的参数(脉冲宽度、脉冲能量、脉冲形状以及光斑大小)，获取所需的脉冲激光冲击力；

E.加工过程，应用脉冲激光冲击约束层(14)下的能量吸收层(15)，使其表面层气化后形成高温高压的等离子体，等离子体急剧膨胀爆炸，产生向工件(16)内部传播的强烈冲击波，由于复合微模具(17)限制，最终使工件完成成形、切边以及批量成形过程。