專利名稱：一種激光間接復(fù)合微塑性成形裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光加工微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)零件技術(shù)領(lǐng)域，特指激光復(fù)合微塑性 成成形方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品、生物、醫(yī)療器械以及微機(jī)電系統(tǒng)的迅速發(fā)展，具有輕、薄、 短、小、多功能特點(diǎn)的微型產(chǎn)品需求量不斷增加，與之相關(guān)的微型金屬零部件的加工也 顯得越來越重要，帶動(dòng)了金屬微成形技術(shù)的發(fā)展。通過微成形制造的微型金屬產(chǎn)品廣 泛應(yīng)用在自動(dòng)化、醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、電信電子、精密儀器和國(guó)防等多個(gè)領(lǐng)域，微型 化使得微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)在精度、熱變形、振動(dòng)和速度等方面具備更優(yōu)異的性能和功 能，微型化成了當(dāng)代科技發(fā)展的一個(gè)重要方向?；趥鹘y(tǒng)塑性成形方法的微成形工藝仍然有其局限性，微成形裝置的體積一般 都比較小，使得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相比于傳統(tǒng)的成形設(shè)備更加復(fù)雜，由于零件要求的精度很 高，這使得制造微成形裝置較為困難。目前的微成形裝置存在加工操作難度較高，加工 效率較低的問題，同時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)塑性微成形受到尺度效應(yīng)的影響，材料成形能力下降，難 以滿足一些高硬度高脆性難成形材料的加工，使其在工業(yè)生產(chǎn)中受到很多的限制。因此，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者開始在傳統(tǒng)微成形的基礎(chǔ)上積極尋找新的微成形工藝， 以解決目前微成形存在的問題，而近年來迅速發(fā)展的激光加工技術(shù)為我們解決這一難題 提供了研究基礎(chǔ)。由于激光加工質(zhì)量好，加工精度高，激光能量密度高，可以瞬間完成 加工，能夠成形常規(guī)方法難以加工的材料，與傳統(tǒng)加工方式相比，加工質(zhì)量顯著提高。 將激光加工技術(shù)應(yīng)用在微小零件的加工上已逐漸提到日程上來。申請(qǐng)?zhí)枮?1134063.0的中國(guó)專利一種激光沖擊精密成型方法及裝置，具有 利用激光沖擊技術(shù)實(shí)現(xiàn)常規(guī)方法難以成形的或者無法成形的材料成形。申請(qǐng)?zhí)枮?200610161633.6的中國(guó)專利激光沖擊成形強(qiáng)化系統(tǒng)，具有激光沖擊波參數(shù)與靶材工件軌 跡的精確控制的特點(diǎn)。專利一種激光沖擊精密成型方法及裝置和專利激光沖擊成形強(qiáng)化 系統(tǒng)是利用激光直接沖擊成形技術(shù)加工微小零件的，在加工零件的過程中會(huì)存在激光能 量分布不均，實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性不高等缺點(diǎn)。本發(fā)明采用激光驅(qū)動(dòng)飛片加載技術(shù)，相對(duì)于 激光直接沖擊加工技術(shù)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在本發(fā)明中，利用激光驅(qū)動(dòng)飛片實(shí)現(xiàn)飛片的高 速飛行，高速飛行的飛片隨后載靶材工件，使得靶材工件中產(chǎn)生極高的壓力和應(yīng)變率。 另外，飛片在加載過程中產(chǎn)生的沖擊波壓力具有較高的平面性，完整性和可重復(fù)性。激 光驅(qū)動(dòng)飛片加載靶材工件的作用時(shí)間只有幾十個(gè)納秒，成形壓力達(dá)到GPa，大大超過金 屬材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)成形方法難以成形的材料的加工，而且還拓 展了冷沖壓成形的零件范圍，在一定程度上能夠提高成形能力，細(xì)化材料晶粒，增強(qiáng)成 形后靶材工件的表面硬度。以激光作為力源加載于飛片并沖擊靶材工件的微成形方法及其裝置有兩種一 是申請(qǐng)?zhí)枮?00810023264.3的中國(guó)專利一種微器件的激光沖擊微體積成形方法和裝置， 具有可以實(shí)現(xiàn)微尺度下常規(guī)方法難以成形或無法成形的復(fù)雜器件的微體積成形。二是發(fā)
4明專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810019367.2的中國(guó)專利強(qiáng)激光沖擊微塑性成形的方法及其裝置，具 有可以實(shí)現(xiàn)大面積微納尺度的三維成形，具有制造的快速性和可重復(fù)性等特點(diǎn)。專利一 種微器件的激光沖擊微體積成形方法和裝置和專利強(qiáng)激光沖擊微塑性成形的方法及其裝 置一是不能解決被加工靶材工件在加工過程中的拉深、切邊和沖孔等工藝的復(fù)合工藝過 程，不能實(shí)現(xiàn)單一零件的批量化生產(chǎn)，二是飛片是金屬薄膜在激光的沖擊和剪切作用形 成的，激光能量的利用率較低。首先，本發(fā)明繼承了上述兩種方法及裝置的優(yōu)點(diǎn)，不僅 可以實(shí)現(xiàn)大面積微納尺度三維成形，具有制造的快速性和可重復(fù)性等特點(diǎn)，而且在此之 上提出了利用復(fù)合微模具的成形效應(yīng)，設(shè)計(jì)了特制復(fù)合微模具，可以實(shí)現(xiàn)飛片在一次的 沖擊加載過程中完成對(duì)靶材工件的拉深、切邊和沖孔的復(fù)合工藝。因?yàn)樘刂莆⒛＞呱暇?有按一定數(shù)量、次序排列的復(fù)合模，所以在一次沖擊過程中便可完成對(duì)靶材工件的批量 成形，降低了生產(chǎn)成本。其次，本發(fā)明利用水或硅油將飛片粘貼在光學(xué)介質(zhì)上，激光能 量可以直接傳遞給飛片，避免了能量損失在激光剪切金屬薄膜形成飛片上，提高了激光 能量的利用效率，使得飛片在激光能量相同的情況下獲得更高的加載速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提高激光能量的利用效率，實(shí)現(xiàn)快速、可重復(fù) 制造的大面積微納尺寸的工件，飛片在一次的沖擊加載過程中完成對(duì)靶材工件的拉深、 切邊和沖孔，且能實(shí)現(xiàn)工件的批量成形。本發(fā)明的技術(shù)方案是，利用脈沖激光驅(qū)動(dòng)飛片高速運(yùn)動(dòng)，飛片運(yùn)動(dòng)一段距離后 與特制復(fù)合微模具上的靶材工件發(fā)生高速碰撞，在碰撞過程中靶材工件具有了一定的動(dòng) 量，且在飛片與特制復(fù)合微模具之間受到擠壓。由于靶材工件受到特制復(fù)合微模具的限 制，靶材工件在擠壓過程中便復(fù)制出特制復(fù)合微模具的形狀。特制復(fù)合微模具上拉伸凹 模、切邊凹模和沖孔凸模。切邊凹模是一個(gè)環(huán)形凹腔，環(huán)繞在拉伸凹模凹腔邊緣外圍， 沖孔凸模位于拉伸凹模凹腔內(nèi)部。拉伸凹模、切邊凹模和沖孔凸模同軸。拉伸凹模具 有圓角邊緣，切邊凹模和沖孔凸模具直角邊緣，在飛片加載過程中，拉深凹模對(duì)靶材工 件起到拉深作用；切邊凹模對(duì)靶材工件起到切邊作用；沖孔凸模對(duì)靶材工件起到?jīng)_孔作 用，特制復(fù)合微模具上的凹模、凸模的形狀和尺寸可根據(jù)所需得到成形工件的形狀和成 形要求來設(shè)計(jì)。這樣在高速運(yùn)動(dòng)飛片的一次沖擊過程中便實(shí)現(xiàn)了對(duì)靶材工件的拉深、沖 孔與切邊的復(fù)合工藝過程。在特制復(fù)合微模具上，確定位置關(guān)系的一組拉伸凹模(18)、 切邊凹模(19)和沖孔凸模(20)構(gòu)成特制復(fù)合微模具(17)上一組復(fù)合模，所述復(fù)合模按 照NXM成陣列排列，N和M數(shù)量按照所需生產(chǎn)零件數(shù)量確定，并根據(jù)NXM陣列面積 的大小調(diào)整加載在飛片上的激光能量和光斑，實(shí)現(xiàn)在激光驅(qū)動(dòng)飛片一次沖擊過程中對(duì)靶 材工件的批量成形。其中NXM的面積極值由激光器發(fā)出的激光最大輻照面積決定。本發(fā)明的裝置由激光加載系統(tǒng)、成形系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。激光加載系統(tǒng)由納 秒激光器、反射鏡、聚焦透鏡組成，納秒激光器裝有指示光系統(tǒng)。成形系統(tǒng)包括試樣 系統(tǒng)、夾具體、三維移動(dòng)平臺(tái)以及L型底座?？刂葡到y(tǒng)由三維移動(dòng)平臺(tái)控制器、計(jì)算 機(jī)、激光控制器組成。控制系統(tǒng)分別控制激光加載系統(tǒng)、成形系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)中的三 維移動(dòng)平臺(tái)控制器分別與計(jì)算機(jī)和三維移動(dòng)平臺(tái)相互連接，可以控制三維移動(dòng)平臺(tái)的位 置移動(dòng)。激光控制器分別與計(jì)算機(jī)和納秒激光器相連接，調(diào)節(jié)納秒激光器發(fā)出的激光參數(shù)。激光加載系統(tǒng)中的反射鏡和聚焦透鏡安裝在L型底座上。成形系統(tǒng)中的夾具體安 放在三維移動(dòng)平臺(tái)上，夾具體可對(duì)放入其中的式樣系統(tǒng)進(jìn)行夾緊和定位。式樣系統(tǒng)是由 光學(xué)介質(zhì)、水或硅油、飛片、飛行腔、靶材工件和特制復(fù)合微模具組成。所述光學(xué)介 質(zhì)為K9玻璃，所述飛片和靶材工件為金屬箔板，其厚度為5 30 μ m，飛行腔腔長(zhǎng)度 為100 200μιη，飛片用水或硅油粘貼在光學(xué)介質(zhì)下，飛片的邊緣與飛行腔內(nèi)壁相距 200 300 μ m。光學(xué)介質(zhì)、飛行腔和靶材工件依次疊放在特制復(fù)合微模具上。本裝置的工作過程如下(1)特制復(fù)合微模具設(shè)計(jì)與制備。根據(jù)成形工件的尺寸、形狀，設(shè)計(jì)特制復(fù)合微 模具型腔結(jié)構(gòu)及陣列分布，并制造特制復(fù)合微模具。(2)確定飛片和工件毛坯的尺寸。根據(jù)微成形模具的成形區(qū)域計(jì)算出飛片和工件 毛坯尺寸。(3)試樣系統(tǒng)裝配與裝夾。在光學(xué)介質(zhì)下表面中心區(qū)域涂抹一層水或硅油，然后 將飛片與光學(xué)介質(zhì)進(jìn)行粘貼。將由粘貼好飛片的光學(xué)介質(zhì)、飛行腔、靶材工件和特制復(fù) 合微模具組成的試樣系統(tǒng)放入三維移動(dòng)平臺(tái)上的夾具體中夾緊。(4)激光作用區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)。打開激光加載系統(tǒng)的指示光，利用控制系統(tǒng)對(duì)工作臺(tái) 到進(jìn)行調(diào)整，確保指示光輻照在式樣系統(tǒng)的加載區(qū)域。調(diào)整完畢后，關(guān)閉激光加載系統(tǒng) 的指示光。(5)調(diào)整激光參數(shù)。根據(jù)成形靶材工件厚度、成形區(qū)域大小，通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化激 光參數(shù)，控制脈沖激光器發(fā)出激光束的脈沖寬度、脈沖能量、脈沖形狀以及光斑大小來 獲取所需要的沖擊力。(6)靶材工件成形過程。應(yīng)用高能脈沖激光沖擊光學(xué)介質(zhì)下的飛片，使飛片產(chǎn) 生動(dòng)能并在飛行腔內(nèi)做高速飛行，靶材工件受到飛片的撞擊后，在特制復(fù)合微模具的拉 伸、沖孔以及切邊的復(fù)合作用下，最終實(shí)現(xiàn)零件的成形。本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)本發(fā)明采用脈沖激光作為成形力源，利用激光驅(qū)動(dòng)飛片并沖擊靶材工件。激光 的參數(shù)精確可控，重復(fù)性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)；因?yàn)榧す夤獍呖删劢怪廖⒚准?jí)至厘米 級(jí)，所以既能進(jìn)行批量靶材工件的一次成形，也能進(jìn)行局部微細(xì)的定量成形，因此對(duì)靶 材工件的尺寸與成形數(shù)量有較大的調(diào)整范圍，具有較大的柔性、適應(yīng)性強(qiáng)。本發(fā)明根據(jù)特制復(fù)合微模具成形效應(yīng)，采用拉深凹模、切邊凹模以及沖孔凸模 的相間組合，使得靶材工件在一次的沖擊成形過程中實(shí)現(xiàn)拉深、沖孔和切邊的復(fù)合過 程。如果增加拉深凹模和切邊凹模的數(shù)量并按一定次序排列便可實(shí)現(xiàn)微型靶材工件在一 次沖擊過程中的批量成形。當(dāng)然可根據(jù)靶材工件的成形要求和成形數(shù)量來設(shè)計(jì)特制復(fù)合 微模具上凹模、凸模的形狀和數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)不同要求下靶材工件的批量成形。


下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。圖1所示是根據(jù)本發(fā)明提出的一種激光間接復(fù)合微塑性成形效應(yīng)的裝置示意 圖。圖2所示是根據(jù)本發(fā)明提出的試樣系統(tǒng)的原理圖。
圖3所示是根據(jù)本發(fā)明提出的特制復(fù)合微模具上一組復(fù)合模的結(jié)構(gòu)原理圖。圖4所示為特制復(fù)合微模具的俯視圖。圖5所示為特制復(fù)合微模具三維圖以及成形工件的三維圖。圖6為飛片一次沖擊加載成形過程后剩下的靶材工件廢料的三維圖。圖中，1丄型底座，2.三維移動(dòng)平臺(tái)，3.夾具體，4.試樣系統(tǒng)，5.聚焦透鏡， 6.第二反射鏡，7.第一反射鏡，8.納秒激光器，9.激光控制器，10.三維移動(dòng)平臺(tái)控制 器，11.計(jì)算機(jī)，12.光學(xué)介質(zhì)，13.水或硅油，14.飛片，15.飛行腔，16.靶材工件，17.特 制復(fù)合微模具，18.拉伸凹模，19.切邊凹模，20.沖孔凸模。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1詳細(xì)說明本發(fā)明提出的具體裝置的細(xì)節(jié)和工作情況。該裝置由11個(gè)部分組成。計(jì)算機(jī)11控制激光控制器9，激光控制器9可對(duì)納秒 激光器8發(fā)出的指示光與激光參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。納秒激光器發(fā)出的指示光或脈沖激光經(jīng)由 第一反射鏡7，第二反射鏡6和聚焦透鏡5最終傳遞到聚焦透鏡5下方的試樣系統(tǒng)4上。 試樣系統(tǒng)放在夾具體3中，夾具體3安裝在三維移動(dòng)平臺(tái)上2。三維移動(dòng)平臺(tái)2安裝在L 型底座上，三維移動(dòng)平臺(tái)2的位移調(diào)整是由計(jì)算機(jī)11控制的三維移動(dòng)平臺(tái)控制器10來調(diào) 控的。實(shí)施的具體過程如下首先，根據(jù)所需要成形工件的成形要求來設(shè)計(jì)特制復(fù)合微模具，通過激光驅(qū)動(dòng) 飛片運(yùn)動(dòng)的Gurney模型計(jì)算得到激光能量、光斑直徑等加工參數(shù)。其次，根據(jù)加工的實(shí)際情況需要，調(diào)節(jié)三維移動(dòng)平臺(tái)2到一定高度，以便于試 樣系統(tǒng)4的安裝，然后將試樣系統(tǒng)在夾具體3中夾緊。然后，打開激光控制器9和納秒激光器8，利用激光控制器9調(diào)控裝有指示光的 納秒激光器8發(fā)出一束指示光，指示光通過第一反射鏡7、第二反射鏡6、經(jīng)過聚焦透鏡 5抵達(dá)試樣系統(tǒng)4。利用三維移動(dòng)平臺(tái)控制器10控制三維移動(dòng)平臺(tái)2精確動(dòng)作以獲得需 要的光斑面積，使得試樣系統(tǒng)4中位于光學(xué)介質(zhì)12下的飛片15全部在指示光的光斑區(qū)域 內(nèi)，保持各部件位置的固定，關(guān)閉指示光。最后，根據(jù)加工要求，由計(jì)算機(jī)11計(jì)算參數(shù)并將參數(shù)輸送到激控制器10中，激 光控制器9控制納秒激光器8發(fā)出一定能量和一定脈寬的脈沖激光，脈沖激光依次通過反 射鏡7、第二反射鏡6、經(jīng)過聚焦透鏡5后穿過光學(xué)介質(zhì)12到達(dá)飛片14上并驅(qū)動(dòng)飛片14 穿過飛行腔15向靶材工件16高速運(yùn)動(dòng)并發(fā)生高速碰撞。在高速碰撞過程中，靶材工件 16受到特制復(fù)合微模具17的擠壓并快速?gòu)?fù)制出特制復(fù)合微模具17成形區(qū)域的形狀，實(shí)現(xiàn) 微成形。綜上所述，本發(fā)明所涉及的成形方法和裝置以激光驅(qū)動(dòng)飛片為成形動(dòng)力源，利 用特制復(fù)合微模具17的拉深、沖孔以及切邊作用同步實(shí)現(xiàn)成形及切邊的復(fù)合工藝過程。 特制復(fù)合微模具17上具有一定數(shù)量的根據(jù)所需零件形狀設(shè)計(jì)的拉深凹模18和切邊凹模19 以及沖孔凸模20，使得在一次激光沖擊的過程中完成了對(duì)靶材工件的定量生產(chǎn)。由于加 工速度超快，材料成形過程中應(yīng)變率很高，成形后的靶材工件具有普通成形方法無法比 擬的成形能力，本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，工藝簡(jiǎn)單，一致性好，適于批量化成形。如圖2所示，經(jīng)聚焦透鏡5后的激光穿過光學(xué)介質(zhì)12加載在飛片14上，然后驅(qū)
7動(dòng)飛片14向下飛行。飛片14經(jīng)過飛行腔15與靶材工件16碰撞，碰撞過程中，由于特 制復(fù)合微模具17的限制作用，靶材工件16受到擠壓，并復(fù)制出特制復(fù)合微模具17的形 狀。因?yàn)樘刂茝?fù)合微模具17具有拉深凹模18、切邊凹模19和沖孔凹模20，所以在一次 的沖擊過程中，靶材工件完成了拉深成形、沖孔、以及切邊的工藝。如圖3所示，特制復(fù)合微模具17上拉深凹模18邊緣圓角半徑采用2.2 2.3倍靶 材工件16材料厚度，對(duì)靶材工件16起到拉深作用；切邊凹模19對(duì)靶材工件16起到切邊 作用；沖孔凸模20對(duì)靶材工件16起到?jīng)_孔作用，確定位置關(guān)系的一組拉伸凹模(18)、 切邊凹模(19)和沖孔凸模(20)構(gòu)成特制復(fù)合微模具(17)上一組復(fù)合模。如圖4所示，本發(fā)明裝置涉及到的特制復(fù)合微模具17上具有一定數(shù)量并按照一 定次序排列的復(fù)合模(例如3x3的復(fù)合模的排列，如圖5所示)，可以實(shí)現(xiàn)在一次激光驅(qū) 動(dòng)飛片沖擊加工中對(duì)零件的批量成形。(注復(fù)合微模具上的凹模和凸模形狀可根據(jù)實(shí) 際生產(chǎn)的零件形狀設(shè)計(jì))
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權(quán)利要求
1.一種激光間接復(fù)合微塑性成形裝置，其特征在于，由激光加載系統(tǒng)、成形系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)組成；所述激光加載系統(tǒng)由納秒激光器(8)、第一反射鏡(7)、第二反射鏡 (6)、聚焦透鏡(5)組成，納秒激光器(8)裝有指示光系統(tǒng)；所述成形系統(tǒng)包括試樣系統(tǒng) (4)、夾具體(3)、三維移動(dòng)平臺(tái)(2)以及L型底座(1)；所述控制系統(tǒng)由三維移動(dòng)平臺(tái)控 制器(10)、計(jì)算機(jī)(11)、激光控制器(9)組成，所述計(jì)算機(jī)分別連接三維移動(dòng)平臺(tái)控制 器(10)和激光控制器(9)；所述控制系統(tǒng)中的三維移動(dòng)平臺(tái)控制器(10)與三維移動(dòng)平臺(tái) (2)連接；激光控制器(9)分別與激光加載系統(tǒng)中的納秒激光器(8)連接；所述第一反射 鏡(7)、第二反射鏡(6)和聚焦透(5)鏡安裝在L型底座上(1)；所述夾具體(3)安放在 三維移動(dòng)平臺(tái)(2)上，夾具體(3)夾緊和定位試樣系統(tǒng)(4)；所述試樣系統(tǒng)(4)是由光學(xué) 介質(zhì)(12)、水或硅油(13)、飛片(14)、飛行腔(15)、靶材工件(16)和特制復(fù)合微模具(17)組成；所述飛片(14)和靶材工件(16)為金屬箔板，所述光學(xué)介質(zhì)為K9玻璃，飛片 (14)和靶材的厚度為5 30 μ m，所述飛行腔(15)內(nèi)腔長(zhǎng)度為100 200 μ m，所述飛 片(14)的外緣與飛行腔(15)內(nèi)壁相距200 300 μ m。所述特制復(fù)合微模具(17)包括 拉伸凹模(18)、切邊凹模(19)和沖孔凸模(20)，所述拉伸凹模(18)為根據(jù)所需成形零 件外形確定的凹腔，所述切邊凹模(19)是一個(gè)環(huán)形凹腔，切邊凹模(19)環(huán)繞在拉伸凹模(18)邊緣外圍，所述沖孔凸模(20)位于拉伸凹模(18)內(nèi)部；所述拉伸凹模(18)和切邊 凹模(19)同軸，確定位置關(guān)系的一組拉伸凹模(18)、切邊凹模(19)和沖孔凸模(20)構(gòu) 成特制復(fù)合微模具(17)上一組復(fù)合模；所述拉伸凹模(18)具有圓角邊緣，所述切邊凹模(19)和沖孔凸模(20)具直角邊緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光間接復(fù)合微塑性成形裝置，其特征在于，所述拉伸凹模 (18)、切邊凹模(19)和沖孔凸模(20)構(gòu)成的復(fù)合模按照NXM成陣列排列，N和M數(shù) 量按照所需生產(chǎn)零件數(shù)量確定。
3.—種實(shí)施權(quán)利要求1所述的激光間接復(fù)合微塑性成形裝置的方法，其特征在于，具 體步驟如下A、特制復(fù)合微模具設(shè)計(jì)與制備，根據(jù)成形工件的尺寸、形狀，設(shè)計(jì)特制復(fù)合微模具 上凹模和凸模結(jié)構(gòu)以及凹模和凸模陣列分布，并制造特制復(fù)合微模具；B、確定飛片和工件毛坯的尺寸，根據(jù)微成形模具的成形區(qū)域計(jì)算出飛片和工件毛坯 尺寸；C、試樣系統(tǒng)裝配與裝夾，在光學(xué)介質(zhì)(12)下表面中心區(qū)域涂抹一層水或硅油 (13)，然后將飛片(14)粘貼在光學(xué)介質(zhì)(12)下表面中心區(qū)域，將由粘貼好飛片(14)的 光學(xué)介質(zhì)(12)、飛行腔(15)、靶材工件(16)和特制復(fù)合微模具(17)組成的試樣系統(tǒng)放 入三維移動(dòng)平臺(tái)上的夾具體(3)中夾緊；D、激光作用區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)，打開激光加載系統(tǒng)的指示光，利用控制系統(tǒng)對(duì)工作臺(tái)到進(jìn) 行調(diào)整，確保指示光輻照在式樣系統(tǒng)(4)的加載區(qū)域，調(diào)整完畢后，關(guān)閉激光加載系統(tǒng) 的指示光；E、調(diào)整激光參數(shù)，根據(jù)成形靶材工件(16)厚度、成形區(qū)域大小，通過計(jì)算機(jī)(11) 優(yōu)化激光參數(shù)，控制脈沖激光器發(fā)出激光束的脈沖寬度、脈沖能量、脈沖形狀以及光斑 大小來獲取所需要的沖擊力；F、靶材工件(16)成形，高能脈沖激光沖擊光學(xué)介質(zhì)(12)下的飛片(14)，使飛片(14)產(chǎn)生動(dòng)能并在飛行腔(15)內(nèi)做高速飛行，靶材工件(16)受到飛片(14)的撞擊后， 在特制復(fù)合微模具(17)的拉伸、沖孔以及切邊的復(fù)合作用下，最終實(shí)現(xiàn)零件的批量成形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光間接復(fù)合微塑性成形裝置，屬于激光加工微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)零件技術(shù)領(lǐng)域。裝置由激光加載系統(tǒng)、成形系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成；方法利用脈沖激光驅(qū)動(dòng)飛片高速運(yùn)動(dòng)，飛片運(yùn)動(dòng)一段距離后與特制復(fù)合微模具上的靶材工件發(fā)生高速碰撞，碰撞后的靶材工件具有高能動(dòng)量，在飛片與特制復(fù)合微模具之間受到擠壓。由于靶材工件受到特制復(fù)合微模具的限制，靶材工件在擠壓過程中便復(fù)制出特制復(fù)合微模具的形狀。特制復(fù)合微模具上具有陣列的凹模和凸模，使得靶材工件在一次的沖擊成形過程中實(shí)現(xiàn)拉深、沖孔和切邊的復(fù)合過程以及批量成形，根據(jù)靶材工件的成形和數(shù)量要求設(shè)計(jì)特制復(fù)合微模具上凹模和凸模，實(shí)現(xiàn)不同成形要求下靶材工件的批量成形。
文檔編號(hào)B23K26/42GK102009268SQ20101050588
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者劉會(huì)霞, 宋新華, 張 成, 張虎, 李品, 李威, 沈宗寶, 王凱, 王霄, 王鶴軍, 許貞凱, 鄭遠(yuǎn)遠(yuǎn), 陶茂科, 黃志輝 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)