一种激光诱导复合冲裁装置的制作方法

本发明涉及冲压成形技术领域，更具体地说，涉及一种激光诱导复合冲裁装置。

背景技术：

在现有加工技术中，冲压成形是一种常见的机械加工方法，利用微冲头提供的压力对模具间的板材施压使之产生塑性变形或分离，其广泛应用于航天、电子产品、汽车、机械等领域，并且冲压成形可加工尺寸范围大、形状较复杂的零件，具有十分重要的地位。

一般而言，冲压所使用的模具都具有专用性，并且模具的制造精度要求很高，制造费用昂贵；另外，微冲头的制作效率也比较低，加工成本高。

综上所述，如何降低冲压成形的成本，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种激光诱导复合冲裁装置，利用该装置可以在不实用微冲头的情况下进行冲压，降低了冲压成形的成本。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光诱导复合冲裁装置，包括：用于发射激光的激光发射装置、底面贴合于工件表面且具有通孔的导引装置，所述导引装置的通孔用于盛放液体，所述通孔内设有可沿所述通孔轴向移动的透明模具，所述导引装置的上部设有用于牵引所述透明模具的弹性装置，所述激光发射装置发射的激光照射在所述透明模具下方的液体中并形成第一空泡，以使所述第一空泡形成过程中产生的冲击波及溃灭时产生的微射流冲压工件，所述激光发射装置发射的激光照射在所述透明模具上方的所述液体中并形成第二空泡，以使所述第二空泡形成过程中产生的冲击波及溃灭时产生的微射流推动所述透明模具冲裁工件。

优选地，所述透明模具为边缘具有向下的凸起的透明凸模。

优选地，所述激光发射装置为激光头。

优选地，所述导引装置为轴向具有所述通孔的圆柱件。

优选地，所述激光头发射的激光焦点处于所述通孔的轴线上。

优选地，还包括用于支撑工件的垫块，所述垫块设置于工作台上。

优选地，所述导引装置的顶部设有端盖，所述端盖的中部设有中心孔，以使所述激光发射装置发射的激光穿过所述中心孔到达所述液体中，所述端盖的下方连接有所述弹性装置。

优选地，所述弹性装置为弹簧，所述弹簧的一端连接于所述端盖，所述弹簧的另一端用于与所述透明模具连接。

优选地，所述导引装置的底部设有密封件。

优选地，所述密封件为贴合于所述导引装置底部的密封环。

本发明提供的一种激光诱导复合冲裁装置，包括：用于发射激光的激光发射装置、底面贴合于工件表面且具有通孔的导引装置，导引装置的通孔用于盛放液体，通孔内设有可沿通孔轴向移动的透明模具，导引装置的上部设有用于牵引透明模具的弹性装置，激光发射装置发射的激光照射在透明模具下方的液体中并形成第一空泡，以使第一空泡形成过程中产生的冲击波及溃灭时产生的微射流冲压工件，激光发射装置发射的激光照射在透明模具上方的液体中并形成第二空泡，以使第二空泡形成过程中产生的冲击波及溃灭时产生的微射流推动透明模具冲裁工件。

激光发射装置用于发射激光，由于导引装置的底面贴合于工件表面，所以通孔与工件表面会构成一个桶状空间，桶底为工件表面，桶壁为通孔的内壁，这个桶状空间可以存放液体，激光通过导引装置的通孔聚焦于通孔内的透明模具下方的液体中并击穿液体产生等离子体，等离子体吸收激光能量产生空化效应形成第一空泡，以使第一空泡形成过程中产生的冲击波及溃灭时产生的微射流冲压工件，激光通过导引装置的通孔聚焦于通孔内的透明模具上方的液体中并击穿液体产生等离子体，等离子体吸收激光能量产生空化效应形成第二空泡，以使第二空泡形成过程中产生的冲击波及溃灭时产生的微射流推动透明模具，透明模具在冲击力的作用下沿通孔内壁运动对工件进行冲裁，运动时会拉伸弹性装置，在完成冲裁后，激光发射装置停止发射激光，弹性装置具有恢复原位置的势能，在弹性装置的作用下拉动透明模具回到原位置准备下次冲裁。

本发明通过使用激光冲压工件且推动透明模具分别进行冲压和冲裁替代了微冲头的使用，减少了微冲头繁琐的制作工序，间接提高了微冲头的使用周期，在不使用微冲头的情况下完成冲裁，降低了冲压成形的高成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的激光诱导复合冲裁装置的示意图；

图2为本发明所提供的导引装置的截面图。

图1-2中：

1-激光头、2-弹簧、3-透明模具、4-第一空泡、5-导引装置、6-垫块、7-工作台、8-工件、9-液体、10-第二空泡、11-端盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种激光诱导复合冲裁装置，利用该装置可以在不实用微冲头的情况下进行冲压，降低了冲压成形的成本。

请参考图1～2，图1为本发明所提供的激光诱导复合冲裁装置的示意图；图2为本发明所提供的导引装置的截面图。

一种激光诱导复合冲裁装置，包括：用于发射激光的激光发射装置、底面贴合于工件8表面且具有通孔的导引装置5，导引装置5的通孔用于盛放液体9，通孔内设有可沿通孔轴向移动的透明模具3，导引装置5的上部设有用于牵引透明模具3的弹性装置，激光发射装置发射的激光照射在透明模具3下方的液体9中并形成第一空泡4，以使第一空泡4形成过程中产生的冲击波及溃灭时产生的微射流冲压工件8，激光发射装置发射的激光照射在透明模具3上方的液体9中并形成第二空泡10，以使第二空泡10形成过程中产生的冲击波及溃灭时产生的微射流推动透明模具3冲裁工件8。

需要说明的是，激光发射装置可以为发射激光束的任意装置，由于激光在射入液体9中会产生第二空泡10会产生冲击波，冲击波作用于透明模具3上时会对透明模具3造成冲击力，冲击波分散不均可能会造成透明模具3受力不均，从而冲裁效果不佳，所以在设置激光发射装置时需要注意的是激光照射的位置，需要均匀分布于液体9中。

导引装置5可以为具有通孔的桶体，也可以为其他类型的装置，只要具有通孔，底面贴合于工件8顶面之后通孔内可以存放液体9即可，通孔的形状可以为任意形状，可根据实际需要进行设置，透明模具3的外周可以与通孔的内壁相匹配，也可以不匹配，只要透明模具3可装入通孔内即可。透明模具3可沿通孔的轴向进行移动。

考虑到透明模具3运动的稳定性，优选地，将通孔的内壁上轴向设置若干轨道，将透明模具3的外周设置可沿轨道运动的凸出部分，以防止透明模具3运动时发生偏移，增加透明模具3冲裁时的稳定性。为进一步增加透明模具3冲裁时的稳定性，轨道对称设置于通孔的内壁上，相应的，将凸出部分对称设置于透明模具3的外周上，此设置可进一步保证透明模具3冲裁时的受力平衡。

激光加工时往往需要在材料表面涂敷一层吸收层材料作为保护，避免激光照射的高强度能量发生烧蚀。在激光加工过程中，激光会破坏吸收层，故吸收层的存在只能适用于单脉冲下的加工，不能连续多次重复加工，可能烧蚀的吸收层会对加工质量有一定的作用，影响加工精度，优选地，液体9可以为去离子水，或者其他液体介质，去离子水可以保证激光诱导产生等离子体的效果，另外，利用液体9作为吸收层和约束层，相比固体或介质更具有柔性化控制，并且液体9分布也比较均匀。

激光发射装置用于发射激光，由于导引装置5的底面贴合于工件8表面，所以通孔与工件8表面会构成一个桶状空间，桶底为工件8表面，桶壁为通孔的内壁，这个桶状空间可以存放液体9，激光发射装置发出的激光束穿过透明模具3聚焦于透明模具3下方的液体9中，并击穿液体9产生等离子体，等离子体迅速膨胀产生冲击波，随后等离子体吸收激光能量转化为第一空泡4，利用等离子体、第一空泡4形成产生的冲击波和第一空泡4溃灭时产生的微射流对工件8进行冲压成形，通过调节激光发射装置的能量改变冲压的深度。

激光通过导引装置5的通孔聚焦于通孔内的透明模具3上方的液体9中并击穿液体9产生等离子体，等离子体吸收激光能量产生空化效应形成第二空泡10，以使第二空泡10形成过程中产生的冲击波及溃灭时产生的微射流推动透明模具3，透明模具3在冲击力的作用下沿通孔内壁运动对工件8进行冲裁，将透明模具3对应于工件上的形状由工件上裁掉，运动时会拉伸弹性装置，在完成冲裁后，激光发射装置停止发射激光，弹性装置具有恢复原位置的势能，在弹性装置的作用下拉动透明模具3回到原位置准备下次冲裁。

可以先将工件8进行冲压成形，之后再利用透明模具3对工件8进行冲裁，通过采用冲裁和冲压成形的复合加工，减少了单一冲压成形中模具3的制造，降低了加工成本，保证了加工精度，提高了生产效率。

本发明通过使用激光冲压工件且推动透明模具3分别进行冲压和冲裁替代了微冲头的使用，减少了微冲头繁琐的制作工序，间接提高了微冲头的使用周期，在不使用微冲头的情况下完成冲裁，降低了冲压成形的高成本。

在上述实施例的基础上，为了增加透明模具3的冲裁能力，透明模具3为边缘具有向下的凸起的透明凸模，凸起可以设置于透明模具3的下边缘，形成环状，形成透明凸模；也可以在透明模具3下部的边缘设置若干向下的凸起，形成透明凸模。本实施例的设置可以使透明模具3与工件8的接触由面透明模具3的底面变为凸起，减小了二者之间的接触面积，增大了压强，进一步提高了透明模具3的冲裁能力。

在上述实施例的基础上，激光发射装置为激光头1，激光头1可以发射若干激光束，激光头1发射的激光束可进行方向调节，可将激光头1发射的若干激光束调节聚焦到同一点，使激光诱导产生等离子的过程更加快速，可以提升工作效率。

在上述实施例的基础上，导引装置5为轴向具有通孔的圆柱件。

需要说明的是，圆柱件中间的通孔可以采用圆形通孔或者其他形状的通孔，再设置通孔时可以将通孔的轴心与圆柱件的轴心重合设置，使圆柱件在工件8表面移动时可以便于调整通孔的位置。

在上述实施例的基础上，激光头1发射的激光焦点处于通孔的轴线上。

需要说明的是，将激光头1发射的激光聚焦于同一点，这个点处于通孔的轴线上，由于通孔的轴线与透明模具3的轴线重合，设置此种形式可以使激光诱导产生的冲击波沿透明模具3的轴线向外部分散，使冲击波分散的更均匀，可以使透明模具3的受力更均匀，从而使透明模具3受到沿轴向的力，使透明模具3可以在通孔内运动的更加通畅，便于冲裁。

在上述实施例的基础上，还包括用于支撑工件8的垫块6，垫块6设置于工作台7上。

需要说明的是，垫块6可以为长方体垫块、圆柱体垫块等形状，或其他形状的垫块6，垫块6可以为一块或两块以上，一般采用垫块6的目的是便于冲裁工件8，由于工件8冲裁的部分会与其他部分分离，所以需要一个空间供被冲裁的部分移动，设置垫块6后可以将工件8垫高，使工件8下方产生一个空间供工件8被冲裁的部分移动，设置垫块6时还需要注意的是垫块6不能处于工件8被冲裁的部分下方阻挡工件8的冲裁。将垫块6放置于工作台7上后可以对垫块6进行支撑稳定，并且使冲裁掉的工件8可以掉落在工作台7上，便于收集。

在上述实施例的基础上，导引装置5的顶部设有端盖11，端盖11的中部设有中心孔，以使激光发射装置发射的激光穿过中心孔到达液体9中，端盖11的下方连接有弹性装置。

需要说明的是，为了便于设置弹性装置，可以在导引装置5顶部设置有用于安装弹性装置的端盖11，端盖11中部设置的中心孔内径小于通孔的内径，以使弹性装置可以沿通道向上设置于中心孔的下端面上，优选地，弹性装置为弹簧2，弹簧2的一端连接于端盖11，弹簧2的另一端用于与透明模具3连接，弹簧2此处选用螺旋弹簧，螺旋弹簧的直径小于中心孔的内壁与通孔的内壁之间的距离，将螺旋弹簧的一端连接于端盖11的底面上，连接时注意将弹簧2不要阻挡中心孔向下的范围内，以防止弹簧2影响激光射入液体9中。

在上述实施例的基础上，为了防止在通孔中放入液体9后，液体9会沿导引装置5的底部与工件8之间的缝隙流出，以影响激光诱导等离子体的产生，在导引装置5的底部设有密封件，优选地，为了使增强密封件的密封效果，将密封件设置为贴合于导引装置5底部的密封环，密封环可以对导引装置5的底面与工件8表面接触的所有位置进行密封，防止液体9流出。优选地，密封环可以为橡胶环或者硅胶环等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的激光诱导复合冲裁装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。