晾干，再次喷涂黑漆、再次自然晾干；重复上述喷涂黑漆与自然晾干操作，直至钛合金板上表面的黑漆层12的厚度达到30-60 ym ;
[0072]将喷涂有黑漆层的钛合金板放置在凹模本体16上，将喷涂有黑漆层的那个面朝上，其上面加盖上用作约束层的透明材质制成的板片11，再用压边板压住，将凹模总成组装好，组装好的凹模总成通过夹具夹持并固定在上述数控工作台15上；
[0073]第二步，启动激光器，将激光器产生的激光束脉冲宽度调制为5ns?15ns，使激光束经过光路引导系统辐照到待微成形的钛合金板13的待微成形的表面上；
[0074]第三步，在计算机的控制下，调整数控工作台15和激光冲击头19的位置，至激光冲击头19对准钛合金板13的待微成形的表面上所需冲击成形的起始位置点；
[0075]调节激光器，以产生功率密度大于108W/cm2的强脉冲激光束，由激光冲击头19利用该强脉冲激光束冲击钛合金板13的待微成形的表面上所需冲击成形的起始位置点，使钛合金板发生塑性变形，完成该位置点的冲击成形；
[0076]在计算机的控制下，按程序设定的冲击点位置分布，按顺序不断调整数控工作台15和激光冲击头19的位置，依次激光冲击头19对准钛合金板13的待微成形的表面上所需冲击成形的下一个位置点，进行逐点冲击加工成形，直至结束；
[0077]第四步，关闭激光器、松开夹具并取出已加工成形的钛合金板，置于丙酮溶液中浸泡，以去除残留的黑漆；然后，用无水乙醇将其洗净。
[0078]如图2所示，上述医用钛合金板的激光冲击微成形装置的工作原理为:
[0079]经过聚焦镜5聚焦后的脉冲激光束21辐射到黑漆层12 (吸收层)上，将使吸收层发生爆炸性气体，并形成等离子体冲击波，此时吸收层上面的约束层11将约束等离子体23的扩散，并将其阻挡形成反向的等离子体冲击波14，产生高达GPa数量级的压力，当压力超过钛合金板13的动态屈服极限值时，钛合金材的表面将产生塑性变形，从而在凹模板的作用下实现微成形。
【主权项】
1.一种医用钛合金板的激光冲击微成形装置，包括计算机、数控工作台、激光器、光路引导系统和凹模总成；其中: 数控工作台安装在压力机的工作台上，与压力机工作台成可滑动连接，沿设置在压力机工作台上的滑轨移动，数控工作台上还设置有夹具； 所述凹模总成包括压边板和凹模本体； 所述光路引导系统包括三棱镜、准直器、激光冲击头和聚焦镜； 所述激光器设置在所述凹模本体的正上方，用于发射激光束，该激光束进入光路引导系统，先后经第一三棱镜、准直器进入激光冲击头，安装在激光冲击头内的第二三棱镜将入射激光束反射、再经聚焦镜聚焦，射入凹模中，用于激光冲击微成形；其中，激光冲击头的方位可围绕所述凹模进行前后左右与上下方位的任意调节； 所述计算机为激光冲击微成形装置的控制中心，用于控制激光器所发射的激光束功率密度的大小以及控制激光冲击头和数控工作台移动； 其特征在于，还包括有一检测系统，所述检测系统包括同步加速辐射光源、探测器、脉冲放大器、脉冲高度分析器和计数器； 所述同步加速辐射光源与探测器一左一右分别设置在所述凹模本体两侧的上方位置处，分别作为检测用激光的发射装置与接收装置； 所述探测器通过数据线依次将脉冲放大器、脉冲高度分析器、计数器串联连接，并最终与所述计算机通讯连接； 由所述计算机通过对所述检测系统输送来的信号进行运算分析，并依据运算分析结果对激光器所发射的激光束功率密度大小适时进行动态调整，以使激光冲击微成形的工作状态始终处于理想状态； 上述激光冲击微成形装置工作时，待微成形的钛合金板放置在所述凹模上，所述钛合金板的待加工面上喷涂有一层厚度为30-60 μ m的黑漆，该黑漆层朝上，其上面再加盖上一块1.5-2mm厚的用作约束层的透明材质制成的板片；所述板片的尺寸大于或者等于所述钛合金板的尺寸，所述板片将所述钛合金板的待加工面整体覆盖住； 上述钛合金板和约束层由所述压边板压住，将所述凹模总成组装好，组装好的凹模总成通过夹具夹持、固定在所述数控工作台上。
2.根据权利要求1所述的医用钛合金板的激光冲击微成形装置的成形工艺，其特征在于，所述透明材质制成的板片为有机玻璃板片或石英玻璃板片。
3.根据权利要求1所述的医用钛合金板的激光冲击微成形装置的成形工艺，其特征在于，所述黑漆层的厚度为50 μ m。
4.一种利用如权利要求1所述的医用钛合金板的激光冲击微成形装置的微成形工艺，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，将厚度为30?60 μ m的医用钛合金板坯料裁剪至小于或者等于凹模本体的尺寸大小，经打磨、镜面抛光，至表面粗糙度< 0.06 μ m，再经校直后，制成待微成形的钛合金板； 在上述钛合金板的上下两个表面其中之一的一个表面上均匀喷涂黑漆、自然晾干，再次喷涂黑漆、再次自然晾干；重复上述喷涂黑漆与自然晾干操作，直至钛合金板上表面的黑漆层的厚度达到30-60 μπι ; 将喷涂有黑漆层的钛合金板放置在凹模上，将喷涂有黑漆层的那个面朝上，其上面加盖上用作约束层的透明材质制成的板片，再用压边板压住，将凹模总成组装好，组装好的凹模总成通过夹具夹持并固定在所述数控工作台上； 第二步，启动激光器，将激光器产生的激光束脉冲宽度调制为5ns?15ns，使激光束经过光路引导系统辐照到待微成形的钛合金板的待微成形的表面上； 第三步，在计算机的控制下，调整数控工作台和激光冲击头的位置，至激光冲击头对准钛合金板的待微成形的表面上所需冲击成形的起始位置点； 调节激光器，以产生功率密度大于108W/cm2的强脉冲激光束，由激光冲击头利用该强脉冲激光束冲击钛合金板的待微成形的表面上所需冲击成形的起始位置点，使钛合金板发生塑性变形，完成该位置点的冲击成形； 在计算机的控制下，按程序设定的冲击点位置分布，按顺序不断调整数控工作台和激光冲击头的位置，依次激光冲击头对准钛合金板的待微成形的表面上所需冲击成形的下一个位置点，进行逐点冲击加工成形，直至结束； 第四步，关闭激光器、松开夹具并取出已加工成形的钛合金板，置于丙酮溶液中浸泡，以去除残留的黑漆；然后，用无水乙醇将其洗净。
【专利摘要】本发明公开了一种医用钛合金板的激光冲击微成形装置及其微成形工艺，其装置部分，通过在现有激光冲击微成形装置的基础上，通过增设透明材质板片作为约束层、增设检测系统；其微成形工艺中，通过在待微成形的钛合金板上喷涂黑漆层作为吸收层等技术手段，使其适用于医用钛合金板的微成形加工，并实现了钛合金板的微米级甚至是亚微米级的微成形，其微成形质量的稳定可靠、精度高；并可大幅提高微成形后的钛合金板表面的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳损伤的能力，进而可大幅提高医用钛合金板微成形成品的使用寿命。
【IPC分类】B23K26-60, B23K26-352, B23K26-064, B23K26-70
【公开号】CN104772569
【申请号】CN201510155990
【发明人】苏春建, 李宁, 王清, 董兴华, 王薛滔, 张鹏, 赵俊敏, 张帅, 闫楠楠
【申请人】山东科技大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月3日