[发明专利]一种直线多工位激光冲击连接金属薄板的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工制造及金属薄板材料变形连接技术领域，尤其是一种直线多工位激光冲击连接金属薄板的装置及其方法。

背景技术

随着现代工业技术的快速发展，科学技术发展的日新月异，先进制造理念的推陈出新，越来越多具有轻、薄、短、小、多功能特点的微零件产品被广泛应用于航空航天、精密仪器、生物和医疗器械、电信电子以及国防等多个领域，产品的微型化也成为了工业制造业发展的一个重要趋势。同时随着市场对微零件品质的精益求精，在制作材料的选择上，也越来越倾向于高强度钢、铝合金、镁合金等新型轻量化金属材料。新型轻量化金属材料以其品种、性能的多样性，广泛的适用性以及巨大的应用潜力，正在为人类社会的发展发挥越来越大的作用。然而，传统的金属板件连接技术已经无法满足应用于微零件的新型金属薄板材料的发展需求。解决好应用于微零件的两层或多层、同种或异种新型金属薄板的连接问题，对于现代工业产品的质量提高和成本降低至关重要。

申请号为201210284363.3的中国专利提出了一种复合金属板材焊接方法，依次经过开坡口、预热、焊接、冷却等步骤实现复合金属板材同种金属间的焊接，其焊接接头成型良好、无焊接缺陷、抗拉强度高，但是这种加工方法能耗高，焊接过程复杂导致生产效率低下，并且容易造成热应力变形，降低了板材的疲劳强度。该方法对有镀层的板材、材质相异的板材以及三层以上的多层板材，很难或无法实行焊接。申请号为201210070099.3的中国专利提出了一种金属板材铆接办法，包括冲孔和铆接两步骤，首先分别在待铆接的两块板材上冲出一大一小两个通孔，然后通过模具的冷挤压将上板材的自身材料压到下板材的铆接孔中，从而达到铆接两块板材的目的。该方法可以实现异种板材之间的连接，提高了铆接点的连接强度，但无法确保铆接过程中两个半径不同的通孔同心放置，而且需要在两块板材上分别冲孔，破坏了连接部位的密封性，同时也降低了生产效率。申请号为201420428049.2的中国专利提出了一种用于薄板变形连接的瓣合式模具，通过凸模和凹模的配合，在挤压过程中两块薄板的材料发生流动，形成一个相互镶嵌的内锁结构。该方法解决了连接部位密封性的问题，分瓣模的扩展增大了内部变形空间，在一定程度上提高了板材的连接强度，但是微冲头的制造成本高、难度大，使得该方法难以应用于微尺寸下金属薄板材料的连接。

发明内容

针对现有技术中金属薄板连接存在的上述问题，本发明提供了一种直线多工位激光冲击连接金属薄板的装置及其方法，实现了两层或多层、同种或异种金属薄板的变形连接，本方法无需在待连接的金属薄板上预先冲孔，确保了连接部位的密封性，提高了生产效率，采用脉冲激光作为能量源，只需要凹模，组合凹模增大了金属薄板之间的卡结量，且直线多工位装置实现了金属薄板间的多点连接，极大地提高了连接强度。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种直线多工位激光冲击连接金属薄板的装置，其特征在于，包括激光发射系统、控制系统和变形连接系统；

所述激光发射系统由底座、透镜支架、可调聚焦透镜、反射镜、脉冲激光器组成；透镜支架固定在底座上，可调聚焦透镜安装在透镜支架上、并位于经反射镜反射后的激光光路上；

所述变形连接系统由压边装置、工件系统、自动开关模装置、组合凹模、直线多工位装置、三维移动平台组成；三维移动平台置于底座上方；

所述直线多工位装置由载物台、圆柱导轨、步进电机、联轴器、轴支撑架、转盘、多工位分度板、移动板组成；载物台固定在三维移动平台中央；两根圆柱导轨分别固定安装在载物台的两侧，每根圆柱导轨上均装有至少两个轴承支承座，轴承支承座与圆柱导轨之间为间隙配合；移动板固定在所述轴承支承座上；多工位分度板固定在移动板下表面正中央；所述多工位分度板上间隔设置有加N个圆弧槽和N+1条矩形槽，其中N≥2；所述转盘由长销钉、半圆盘以及连杆组成，长销钉一端和半圆盘的背面都加工有螺纹孔，连杆的两端加工有通孔、中间加工有螺纹孔，长销钉和半圆盘通过螺钉与连杆两端的通孔相连、且所述长销钉与半圆盘圆心的距离与矩形槽到圆形槽圆心的距离相等，长销钉的直径小于矩形槽的宽度；转盘的半圆盘置于多工位分度板的圆弧槽中、且与圆弧槽相配合；步进电机与轴支撑架固定安装在载物台上；步进电机通过联轴器与转动轴相连，转动轴穿过轴支撑架通过连杆中间的螺纹孔与转盘相连；