[发明专利]一种激光冲击微冲裁装置有效
申请号: | 201510048893.1 | 申请日: | 2015-01-30 |
公开(公告)号: | CN104841751B | 公开(公告)日: | 2017-06-27 |
发明(设计)人: | 戴峰泽;何鹏 | 申请(专利权)人: | 江苏大学 |
主分类号: | B21D26/06 | 分类号: | B21D26/06;B23K26/18 |
代理公司: | 南京经纬专利商标代理有限公司32200 | 代理人: | 楼高潮 |
地址: | 212013 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 激光 冲击 微冲裁 装置 | ||
技术领域
本发明涉及微制造领域,具体地是指一种激光冲击微冲裁装置。
背景技术
随着微机电系统的飞速发展,对微零件的需求量也越来越大;当前,面向MEMS系统的加工技术主要有LIGA、光刻、刻蚀、微挤压、微压印、微钣金、微拉深、微冲压、微锻、微轧制和微无模成形工艺,这些工艺受到加工效率低、成本高、污染环境等问题的限制。
近年来,随着激光技术的飞速发展,激光技术开始广泛应用在微零件的制造,利用高功率脉冲激光与材料相互作用产生的力学效应,在材料加工领域受到了人们越来越多的关注,在微零件的制备方面得到了广泛的应用;中国专利ZL201010505869.3和ZL201010505882.9提出了一种利用激光冲击波加载飞片,使飞片获得一个动能撞击工件实现工件的微成形,该方法中飞片由于受到高能量的激光冲击波的作用,将产生严重塑性变形,严重塑性变形的飞片撞击工件表面,使获得的微成形工件不平整;由于飞片在空气中飞行,将会有很大的动量损失,从而大幅度降低成形效果;此外,采用飞片撞击的方法无法实现零件的切断;中国专利ZL201110239514.9提出了一种基于激光冲击波效应的微冲裁和成形方法,该方法采用先切断后成形的方法,在进行切断时,工件下部是空气,由于激光冲击波在作用区域内不可能是均匀的,工件将产生不规则变形,影响工件的成形精度;由于激光冲击波同时作用于毛胚和工件,因此无法对冲裁间隙进行控制,从而影响工件的尺寸精度和断面质量;此外,工件在激光冲击波作用下在进行切断和成形时,激光冲击波透过工件后作用在剪切模上,剪切模的刃口在冲击波作用下将产生塑性变形,影响模具的使用寿命;此外,上述三个专利都无法加工外形复杂的微零件。
发明内容
本发明针对以上技术的不足,提供了一种激光冲击微冲裁装置,在冲裁过程中,可以对薄板实现精确的压边,控制冲裁间隙,获得大批量、外形复杂、高尺寸精度、高断口质量的微零件。
本发明的一种激光微冲裁装置,在下模的上端面依次覆盖金属薄膜、吸收层、约束层和掩膜,掩膜正对下模,并通过夹具系统保证相对位置;激光束的一部分激光能量被掩膜反射,另一部分能量透过约束层辐照到吸收层上表面。
所述的激光束为聚焦后的脉冲激光束,其光源为钕玻璃-YAG激光器,脉宽为10-100ns,脉冲能量为0.1-1J,激光束的直径大于掩膜径向的最大尺寸。
所述的掩膜的材质为铜,厚度为0.5mm。
所述的约束层的材质为透明树脂或者光学玻璃,厚度为0.8~1mm。
所述的吸收层的材质为铝箔或者黑漆,厚度为50~150 μm。
所述的金属薄膜的厚度为20 μm -100μm。
所述的下模的材质为高强高硬钢,如T7,20Cr,40r等模具钢。
所述掩膜的外形与下模的外形相似;掩膜的尺寸比下模的尺寸大4-15 μm。
本发明的原理为:高能脉冲激光的一部分辐照在掩膜的表面被反射,另一部分透过约束层,形成特定形状的激光光斑辐照在吸收层表面,吸收层吸收激光能量在约束层的约束下产生等离子爆炸,形成冲击波,在该具有特定轮廓冲击波和下模的作用下,金属薄膜被掩膜掩盖的部分保留下来,外围部分被修剪掉,获得一个具有特定形状的平整的微零件。
实施本发明的有益效果为:掩膜的外形与下模的外形相似,可以获得形状精确的压紧力,提高切口质量,并获得特定轮廓的激光冲击波;掩膜的尺寸比下模的尺寸大4-15 μm,通过控制掩膜的尺寸,可以控制冲击波与下模的冲裁间隙,从而控制切口质量;掩膜的材质为铜,可以反射激光能量,多次重复利用掩膜,提高掩膜的使用寿命;由于掩膜的掩盖,下模不受到冲击波作用,可以提高下模的使用寿命,且金属薄膜没有受到激光冲击波的作用,不会因为产生残余应力而发生宏观变形;最终可以获得大批量、外形复杂、断口质量良好、尺寸精确的微冲裁零件。
附图说明
图1:激光冲击微冲裁装置示意图。
图中包括,1激光束、2掩膜、3约束层、4吸收层、5金属薄膜、6下模。
具体实施方式
为更好的阐述本发明的实施细节,下面结合附图对本发明的一种激光冲击微冲裁装置进行详细说明。
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