专利名称：一种激光间接冲击软模微成形方法及其专用装置的制作方法
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， 使得零件受力不均勻，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，使得工件受力均勻，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。
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3是图2的试样系统在冲击过程中的结构放大示意图； 图中1. L型底座；2.三维移动平台；3.夹具体；4.试样系统；5.聚焦透镜；6.第二反射镜；7.第一反射镜；8.纳秒激光器；9.激光控制器；10.三维移动平台控制器；11.计算机；12.光学介质；13.水或硅油；14.飞片；15.飞行腔；16.弹性材料软模；17.靶材工件； 18.特置微模具。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的
具体实施例方式
参见图1，本发明激光冲击高分子聚合物间接微成形的专用装置由激光加载系统、 成形系统、控制系统组成。其中，激光加载系统包括纳秒激光器8、第一反射镜7、第二反射镜6和聚焦透镜5，纳秒激光器8装有指示光系统，其发出的激光依次经第一反射镜7和第二反射镜6反射后改变光路到达聚焦透镜5。成形系统包括试样系统4、夹具体3、三维移动平台2以及L型底座1，其中试样系统4设置在聚焦透镜5的正下方，经聚焦透镜5聚焦后的激光作用于试样系统4上。试样系统4放置在夹具体3中，用夹具体3夹紧和定位试样系统4，夹具体3固定在三维移动平台2上，三维移动平台2放置在L型底座1上。控制系统包括激光控制器9、三维移动平台控制器10和计算机11，激光控制器9同时连接纳秒激光器8和计算机11，计算机11还连接三维移动平台控制器10，三维移动平台控制器10连接三维移动平台2，通过计算机11分别控制纳秒激光器8发出激光和三维移动平台2的位移。计算机11控制激光控制器9，激光控制器9可对纳秒激光器8发出的脉冲激光参数进行调整。纳秒激光器8发出的脉冲激光经由第一反射镜7，第二反射镜6和聚焦透镜5后最终传递到试样系统4上。参见图2所示的试样系统4，试样系统4由光学介质12、水或硅油13、飞片14、飞行腔15、弹性材料软模16、靶材工件17和特置模具18组成。试样系统4从上至下依次是光学介质12、飞行腔15、靶材工件17和特置模具18。飞行腔15的内腔中是飞片14和弹性材料软模16，飞片14设置在飞行腔15的内腔上部，飞片14的上表面涂抹一层水或硅油13 后贴在光学介质12的下表面上，即飞片14用水或硅油13粘贴在光学介质12下表面。弹性材料软模16设置在飞行腔15的内腔下部，并且弹性材料软模16与飞片14之间具有一段距离。弹性材料软模16与靶材工件17的上表面贴近，中间没有间隙，靶材工件17下表面与特置微模具18接触，特置微模具18可根据要求设置不同形状或复合模腔，特置微模具 18固定在夹具体3中。弹性材料软模16采用聚氨酯橡胶加工而成，也可使用其它聚合物等弹性体，优选聚氨酯橡胶。飞片14为金属箔板，采用金属箔膜材料制作，光学介质12的材料是K9玻璃。 光学介质12的作用是限制等离子体的发散并使其朝向飞片14及靶材工件17的方向高速运动，同时，光学介质12对作用其上的激光是透明的，激光束透过光学介质12时无明显能
量损失。参见图1-3，本发明的软模微成形装置的成形过程如下根据所需要成形的靶材工件17的成形要求来设计特置微模具18，由计算机11通过三维移动平台2调整成形系统 4的位置，使三维移动平台2达到指定位置；由计算机11控制激光控制器9和纳秒激光器 8发出脉冲激光，激光经由第一反射镜7，第二反射镜6和聚焦透镜5后作用于成形系统4。 激光首先通过光学介质12辐照在飞片14的上表面上，引起部分飞片14的烧蚀，产生高温高压等离子体，在激光脉宽时间内，等离子体继续吸收激光能量使得等离子体膨胀爆炸，由于光学介质12的阻挡，爆炸等离子体迅速向飞片14方向喷溅，其反冲作用力可形成强冲击波，驱动剩余飞片14高速向靶材工件17飞行。飞片14飞行一段距离后先与其下部的弹性材料软模16碰撞，获得动能的弹性材料软模16在高速冲压下自身变形，将成形力作用在其下的靶材工件17上。靶材工件17在弹性材料软模16及特置微模具18的限制下发生塑性变形。整个过程中弹性材料软模16始终与靶材工件17紧密贴合，变形后弹性材料软模16 与靶材工件17同时充满整个特置微模具18的模腔。
权利要求
1.一种激光间接冲击软模微成形方法，其特征是包括如下步骤1)由计算机(11)控制纳秒激光器(8)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(4)，同时由计算机(11)控制三维移动平台(2)调整成形系统(4)的位置；2)激光通过成形系统(4)的光学介质(12)辐照在飞片(14)上表面上，引起部分飞片 (14)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(14)方向喷溅，驱动剩余飞片(14)飞行一段距离后与弹性材料软模(16)碰撞，使弹性材料软模(16)发生形变；3)弹性材料软模(16)将形变力作用在靶材工件(17)上，使靶材工件(17)在弹性材料软模(16)及特置微模具(18)的限制下发生塑性变形。
2.一种实现权利要求1所述软模微成形方法的专用装置，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(8)、第一、第二反射镜(7、6)和聚焦透镜 (5)，成形系统包括试样系统(4)、夹具体(3)、三维移动平台(2)以及L型底座(1)，试样系统(4 )设置在聚焦透镜(5 )的正下方且放置在夹具体(3 )中，夹具体(3 )固接三维移动平台 (2)上，三维移动平台(2)放置在L型底座(1)上；控制系统包括连接纳秒激光器(8)的激光控制器(9)、连接三维移动平台(2)的三维移动平台控制器(10)和计算机(11)，其特征是 所述试样系统(4)由光学介质(12)、水或硅油(130、飞片(14)、飞行腔(15)、弹性材料软模 (16)、靶材工件(17)和特置模具(18)组成；从上至下依次是光学介质(12)、飞行腔(15)、靶材工件(17)和特置模具(18)；飞片(14)设置在飞行腔(15)的内腔上部，飞片(14)的上表面涂抹有一层水或硅油(13)且贴于光学介质(12)的下表面上，弹性材料软模(16)设置在飞行腔(15)的内腔下部且与飞片(14)之间具有一段距离并与靶材工件(17)的上表面贴近，靶材工件(17)下表面与固定在夹具体(3)中的特置微模具(18)相接触。
3.根据权利要求2所述的专用装置，其特征是弹性材料软模(16)的材料是聚氨酯橡胶，飞片(14)为金属箔板，光学介质(12)的材料是K9玻璃。
全文摘要
本发明公开一种激光间接冲击软模微成形方法及其专用装置，激光通过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；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；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，提高了工件质量，延长了模具寿命。
文档编号B23K26/00GK102513696SQ20111040055
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者刘会霞, 刘辉, 张虎, 李品, 杜道忠, 沈宗宝, 王霄, 胡杨, 郭朝, 高阳阳 申请人:江苏大学