[发明专利]一种激光间接冲击软模微成形方法及其专用装置

说明书

技术领域

本发明属于制造领域，具体是涉及一种激光间接冲击软模微成形方法及其专用装置，适用于微尺度下常规方法难以成形或无法成形的复杂器件的微体积成形。

背景技术

激光加工技术解决了传统难成形材料及微型金属零件加工的局限性，但以激光作为能源直接或间接作用在工件上仍会给工件带来一些缺陷，如中国专利申请号为01134063.0、名称为“一种激光冲击精密成型方法及装置”，利用激光直接冲击待加工零件，使得零件受力不均匀，同时使零件表面产生烧蚀，零件表面质量不高。中国专利申请号为200810023264.3、名称为“一种微器件的激光冲击微体积成形方法和装置”，利用激光驱动飞片，使飞片继承激光的能量，从而避免了激光直接冲击工件带来的影响，但飞片直接冲击属于刚性冲击，零件表面仍会发生刻蚀，影响零件表面质量；同时，飞片尺寸比工件尺寸大，冲击碰撞过程中会对模具造成一定损伤，降低模具的强度及寿命；并且刚性冲击过程中，金属稀释现象严重，零件特性下降。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有激光冲击软模微成形时在零件表面有刻蚀的缺陷而提出一种激光间接冲击软模微成形方法及其专用装置，可减少冲压过程中金属稀释现象、减少模具表面损伤、延长模具寿命、提高零件表面质量和零件特性。

为实现上述目的，本发明提出的一种激光间接冲击软模微成形方法采用的技术方案是包括如下步骤：1）由计算机控制纳秒激光器发出脉冲激光，激光经两反射镜和聚焦透镜后作用于成形系统，同时由计算机控制三维移动平台调整成形系统的位置；2）激光通过成形系统的光学介质辐照在飞片上表面上，引起部分飞片的烧蚀并产生高温高压等离子体，等离子体继续吸收激光能量使得等离子体膨胀爆炸向飞片方向喷溅，驱动剩余飞片飞行一段距离后与弹性材料软模碰撞，使弹性材料软模发生形变；3）弹性材料软模将形变力作用在靶材工件上，使靶材工件在弹性材料软模及特置微模具的限制下发生塑性变形。

本发明提出的一种激光间接冲击软模微成形的专用装置采用的技术方案是：由激光加载系统、成形系统、控制系统组成，激光加载系统包括纳秒激光器、第一、第二反射镜和聚焦透镜，成形系统包括试样系统、夹具体、三维移动平台以及L型底座，试样系统设置在聚焦透镜的正下方且放置在夹具体中，夹具体固接三维移动平台，三维移动平台放置在L型底座上；控制系统包括连接纳秒激光器的激光控制器、连接三维移动平台的三维移动平台控制器 和计算机，试样系统由光学介质、水或硅油、飞片、飞行腔、弹性材料软模、靶材工件和特置模具组成；从上至下依次是光学介质、飞行腔、靶材工件和特置模具；飞片设置在飞行腔的内腔上部，飞片的上表面涂抹有一层水或硅油且贴于光学介质的下表面上，弹性材料软模设置在飞行腔的内腔下部且飞片之间具有一段距离并与靶材工件的上表面贴近，靶材工件下表面与固定在夹具体中的特置微模具相接触。

本发明采用上述技术方案后产生的技术效果是：

1、使用弹性材料软模做柔性冲头，避免了用激光或飞片直接冲击或撞击工件表面所引起的烧蚀或刻蚀现象，同时，冲击过程中弹性材料软模与工件紧密贴合在一起，使得工件受力均匀，并且它们之间仅有极小的相对滑动，所以工件表面不会擦伤，提高了工件质量，适用于对成形件表面质量要求较高的金属或非金属薄板的精密成形，也可用于微器件制造等领域。

2、使用弹性材料软模代替飞片传递成形力，使工件一侧与弹性材料软模接触，避免了飞片与模具直接撞击对模具所造成的损伤，延长了模具的寿命。

3、用聚氨酯橡胶做弹性材料软模，由于其具有不可压缩性及超弹性，满足工件的各种成形及数量要求，也适用于复合工艺过程，只需设置相应的下模。

4、冲压过程中弹性材料软模与工件紧密贴合在一起，仅有极小的相对滑动，可通过控制弹性材料软模与工件之间的摩擦力来增加工件的径向力，使更多的工件材料进入模腔，减少了金属冲压过程中的稀释现象，保持了工件的特性，使工件在微模具中精确成形。

附图说明

 图1是本发明的一种激光间接冲击软模微成形装置的结构示意图；

    图2是图1中试样系统的结构放大示意图；

    图3是图2的试样系统在冲击过程中的结构放大示意图；