有两条平行的导轨，凹模端盖（22)底部 的导轨装配在凹模基座（21)的凹槽中；凹模端盖（22)上表面开有N个小孔作为上凹模腔， N个小孔等距分布、且相邻两个小孔之间的距离大于小孔尺寸，且N个小孔的中心与多工位 分度板（38)上的N个圆弧槽的的圆心在竖直方向位于同一条直线上；在凹模端盖（22)的 中央设有前后相通的矩形槽作为下凹模腔，凹模端盖（22)两侧设有对称分布的凹模拉杆 (23)，凹模端盖（22)由两块对称的端盖组件对接而成，且两个凹模拉杆（23)分别位于两块 端盖组件上； 所述自动开关模装置（5)由基板（24)、右长杆（25)、右短杆（26)、销钉（27)、左短杆 (28)、左长杆（29)、滑块（30)、单杆双作用液压缸（31)组成；基板（24)固定安装在移动 板（39)上，基板（24)的中轴线上加工有销钉孔和矩形孔，矩形孔的两侧内壁开有滑槽；所 述滑块（30)两侧设有滑轨，滑块（30)两侧的滑轨与基板（24)上的滑槽进行间隙配合；单 杆双作用液压缸（31)位于基板（24)的矩形孔处、并固定在移动板（39)上，单杆双作用 液压缸（31)的活塞杆与滑块（30)相连；销钉（27)安装在基板（24)上的销钉孔内，右短 杆（26)、左短杆（28)的一端共同装在销钉（27)上，并均可绕销钉（27)进行转动；右长杆 (25)、左长杆（29)的一端共同铰接于滑块（30)上，右短杆（26)、左短杆（28)的另一端分 别铰链于右长杆（25)、左长杆（29)上，构成一个平面连杆机构，并且右短杆（26)、左短杆 Λ p D/'' (28)、右长杆（25)以及左长杆（29)构成平面连杆机构部分的长度满足：，即可使 〇(. BJJ 得两个长连杆的上端沿着水平方向作直线运动；右长杆（25)、左长杆（29)的另一端分别与 组合凹模（4)两端的凹模拉杆（23)相铰接； 所述工件系统（6)由从上到下依次排列的约束层（17)、吸收层（18)、第一金属薄板 (19)以及第二金属薄板（20)组成；工件系统（6)放置在组合凹模（4)上、由固定在移动板 上的压边装置（7)固定； 所述控制系统由激光控制器（12)、计算机（13)、液压控制系统（14)、步进电机控制器 (15) 、三维移动平台控制器（16)组成；所述激光控制器（12)、液压控制系统（14)、步进电机 控制器（15)及三维移动平台控制器（16)均与计算机（13)相连接；所述激光控制器（12) 与脉冲激光器（11)相连接，用于控制脉冲激光器（11)的工作状态；三维移动平台控制器 (16) 与三维移动平台（2)相连，用于控制三维移动平台（2)作平面移动；所述步进电机控 制器（15)与步进电机（34)相连，用于控制步进电机（34)作间歇性正向或反向转动；所述 液压控制系统（14)与单杆双作用液压缸（31)相连，用于控制单杆双作用液压缸（31)的伸 缩。2. 根据权利要求1所述的直线多工位激光冲击连接金属薄板的装置，其特征在于：所 述的组合凹模（4)尺寸为5mm' 5mm' 5mm，所述上凹模腔的截面为圆形或矩形，下凹模腔的 横截面尺寸为3mmX0. 3mm，上下凹模腔相结合构成整体凹模腔。3. 根据权利要求1所述的直线多工位激光冲击连接金属薄板的装置，其特征在于：凹 模基座（21)上表面的凹槽截面为燕尾形的，凹模端盖（22)底部的导轨截面为燕尾形。4. 根据权利要求1所述的直线多工位激光冲击连接金属薄板的装置，其特征在于：所 述右长杆（25)、左长杆（29)的一端通过销钉铰接于滑块（30)上，或者铰接于与所述滑块 (30) -体的销轴上。5. 根据权利要求1所述的直线多工位激光冲击连接金属薄板的装置的直线多工位激 光冲击连接金属薄板的方法，具体包括如下步骤：51. 将直线多工位装置（3)中的载物台（32)固定安装在三维移动平台（2)上，圆柱导 轨（33)安装在载物台（32)的两侧，步进电机（34)通过联轴器（35)与转动轴相连，转动轴 穿过轴支撑架（36)与转盘（37)相连，步进电机（34)与轴支撑架（36)通过紧固螺钉安装在 载物台上，多工位分度板（38)固定安装在移动板（39)的下表面正中央，多工位分度板（38) 的圆弧槽与转盘（37)上的半圆盘相配合，移动板（39)固定安装在圆柱导轨（33)的轴承支 承座上；52. 将自动开关模装置（5)中的滑块（30)与单杆双作用液压缸（31)的活塞杆相连后， 滑块（30)装入基板（24)上的滑槽中，单杆双作用液压缸（31)放置在基板（24)上的矩形 孔处，通过螺纹孔将基板（24)和单杆双作用液压缸（31)固定在直线多工位装置（3)上，销 钉（27)装入基板（24)的销钉孔中，短连杆和长连杆通过铰链相连后，将两个短连杆的一端 共同与销钉（27)相连，两个长连杆的一端共同与滑块（30)铰接；将组合凹模（4)固定安装 在直线多工位装置（3)上，自动开关模装置（5)中两个长连杆的上端通过铰链与组合凹模 (4)中的凹模拉杆（23)相连；53. 工件系统（6)放在组合凹模⑷上，压边装置（7)对工件系统（6)施加压边力；将 激光控制器（12)、液压控制系统（14)、步进电机控制器（15)及三维移动平台控制器（16) 均与计算机（13)相连接；通过计算机（13)控制步进电机控制器（15)，步进电机控制器 (15)控制步进电机（34)转动，带动所述转盘（37)在圆弧槽内旋转，当所述长销钉转入圆 弧槽旁边的矩形槽后，随所述转盘（37)转动的长销钉带动移动板（38)在水平方向上移动， 将变形连接系统的位置调至第一工位；利用计算机（13)通过三维移动平台控制器（16)控 制三维移动平台（2)的移动，使得凹模端盖（22)上表面的第一个小孔的中心位于激光光路 上；54. 调整反射镜（10)与可调聚焦透镜（9)，将脉冲激光器（11)发出的激光聚焦到工件 系统（6)上，激光透过透明的约束层（17)到达吸收层（18)表面，吸收层（18)表面部分被 汽化和电离后产生高温高压等离子体，等离子体快速地向外喷溅膨胀，其反作用力可形成 强冲击波，在强冲击波与组合凹模（4)的共同作用下，两层金属薄板发生超速塑性变形，从 而完成第一个连接点处的连接；完成第一个连接点处的连接后，直线多工位装置（3)中的 转盘（37)在步进电机（34)的驱动下进行间歇性正向转动，将变形连接系统的位置调至下 一工位，脉冲激光器（11)发出激光完成下一个连接点处的连接；55. 完成N个连接点处的连接后，压边装置（7)卸去压边力；计算机（13)控制液压控 制系统（14)，液压控制系统（14)控制单杆双作用液压缸（31)的活塞杆顶着滑块（30)向上 运动，即控制自动开关模装置（5)自动打开组合凹模（4)的凹模端盖（22);取出加工完成 的工件系统（6);计算机（13)向液压控制系统（14)发出指令，液压控制系统（14)控制单 杆双作用液压缸（31)与滑块（30) -起向下运动，控制自动开关模装置（5)自动关闭组合 凹模⑷的凹模端盖（22);56. 在组合凹模（4)上放上新的工件系统（6)，压边装置（7)对新的工件系统（6)施加 压边力；脉冲激光器（11)发出激光完成第N工位上的激光冲击连接金属薄板过程；直线多 工位装置（3)中的转盘（37)在步进电机（34)的反向驱动下进行间歇性反向转动，分别将 变形连接系统的位置调至第N-1工位，直至第一工位，脉冲激光器（11)发出激光依次完成 第N4至第一个连接点的连接；压边装置（7)卸去压边力；控制自动开关模装置（5)自动打 开组合凹模（4);取出加工完成的工件系统（6);控制自动开关模装置（5)自动关闭组合凹 模（4);由此进入下一个激光冲击连接金属薄板周期。
【专利摘要】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，该装置由激光发射系统、控制系统和变形连接系统组成；所述激光发射系统由底座、透镜支架、脉冲激光器、反射镜、可调聚焦透镜组成；所述控制系统由激光控制器、计算机、液压控制系统、步进电机控制器、三维移动平台控制器组成；所述变形连接系统由压边装置、工件系统、组合凹模、自动开关模装置、直线多工位装置、三维移动平台组成。本发明采用脉冲激光作为能量源，通过组合凹模实现了两层或多层、同种或异种金属薄板的变形连接，增大了金属薄板之间的卡结量，直线多工位装置实现了薄板间的多点连接，提高了连接强度；本发明中自动开关模装置实现了凹模的自动打开和闭合，提高了工作效率，在凹模闭合时，该装置有自锁功能，保证了变形连接的精度。
【IPC分类】B23K26/18, B23K37/04, B23K26/21, B23K26/70
【公开号】CN105328338
【申请号】CN201510848287
【发明人】李聪, 刘会霞, 马友娟, 沈宗宝, 高帅, 孙先庆, 沙朝飞, 李立银, 王霄
【申请人】江苏大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月27日