一種控制液體約束層厚度的激光沖擊方法及裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種控制液體約束層厚度的激光沖擊方法及裝置，涉及激光成形技術(shù)領(lǐng)域，特指一種在脈沖激光沖擊成形時，控制液體約束層厚度的方法和裝置。通過液層厚度傳感器向計算機控制系統(tǒng)反饋沖擊點液層厚度信號來控制旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速，使液體約束層在旋轉(zhuǎn)離心力作用下中心液面下凹形成所需的約束層厚度。本發(fā)明專利技術(shù)具有液體約束層能夠穩(wěn)定貼合凹陷板料表面，約束層厚度可以精確控制，便于脈沖激光連續(xù)沖擊成形，裝置簡單不受溫度限制等優(yōu)點。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及激光成形
，，特指一種在脈沖激光沖擊成形時，控制液體約束層厚度的方法和裝置。
技術(shù)介紹
激光沖擊成形是一種利用激光和物質(zhì)相互作用產(chǎn)生沖擊波的力效應(yīng)使板料發(fā)生塑性變形的成形方法，是一種集板料成形和強化于一體的先進成形技術(shù)，特別適合于有抗疲勞及抗應(yīng)力腐蝕要求的板料成形。激光沖擊成形時壓力高，沖擊波壓力可以達到GPa量級；速度快，在幾十納秒內(nèi)完成塑性變形；應(yīng)變率高，達到IO7 IO9量級；成形無需模具，無需外力，只要調(diào)節(jié)激光脈沖參數(shù)和沖擊軌跡就能控制成形量和成形形狀，節(jié)省傳統(tǒng)沖壓成形中模具制造和調(diào)試時間，縮短產(chǎn)品制作周期。約束層是指被覆蓋在沖擊板料表面對激光波長透明的一層物質(zhì)，其最直接作用就是對等離子體的膨脹進行限制約束，不僅能大幅提高激光沖擊波的峰值壓力，而且能延長沖擊波壓力的作用時間，從而提高激光沖擊波作用于靶材的沖擊動量。約束層極大地提升激光沖擊成形效果，被視為激光沖擊技術(shù)中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。查閱文獻發(fā)現(xiàn)，專利中涉及的激光沖擊約束層一般為水、玻璃、柔性貼膜等。玻璃剛性大，約束效果好，但是沖擊容易破碎，柔性差，不能對曲面進行有效約束；美國專利US5744781 “激光沖擊處理的方法和裝置”采用水為約束層，水約束層柔性好，能夠貼合板料表面，但是約束層的厚度難以控制；專利號為02138338. 3 “一種用于激光沖擊處理的柔性貼膜”的專利提出柔性貼膜作為約束層，柔性貼膜柔性好，厚度均勻可控，但是在沖擊過程中需要不斷更換，給連續(xù)沖擊帶來麻煩；甚至專利號為200410065544. 2 “以冰為約束層的激光沖擊處理方法及其裝置”的專利中提出冰為約束層，冰約束層剛度大，約束效果好，可以貼合曲面，但是曲面上冰約束層的厚度難以保證，而且冰在沖擊破碎后還需重新凝結(jié)，給連續(xù)沖擊造成麻煩。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)專利的目的是為了克服在凹陷板料表面難以形成柔性好，厚度可控，便于激光連續(xù)沖擊成形的約束層的問題，通過液層厚度傳感器向計算機控制系統(tǒng)反饋沖擊點液層厚度信號來控制旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速，使液體約束層在旋轉(zhuǎn)離心力作用下中心液面下凹形成所需的約束層厚度。本專利技術(shù)專利的裝置描述如下該裝置由計算機控制系統(tǒng)、激光器、液層厚度傳感器、反射鏡、壓邊圈、密封圈、凹模、旋轉(zhuǎn)臺、數(shù)控工作臺等組成。旋轉(zhuǎn)臺下端固定在數(shù)控工作臺上，上端固定凹模。圓環(huán)形的壓邊圈將板料固定在凹模上，壓邊圈的下端面與板料之間設(shè)有密封圈，防止約束層液體在旋轉(zhuǎn)過程中滲漏出來。板料上方設(shè)有液層厚度傳感器，用來測量沖擊點約束層的厚度。裝置上方還設(shè)有反光鏡，用來將脈沖激光反射到板料表面。激光器、液層厚度傳感器、旋轉(zhuǎn)臺、數(shù)控工作臺和計算機控制系統(tǒng)相連。本專利技術(shù)專利的操作方法是 凹模固定在旋轉(zhuǎn)臺上，圓環(huán)形的壓邊圈將板料固定在凹模上，使凹模、板料、壓邊圈的中心軸線和旋轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)中心軸線重合；計算機控制系統(tǒng)設(shè)定約束層厚度以及激光沖擊參數(shù)；噴嘴向板料表面提供約束層液體，計算機控制系統(tǒng)控制數(shù)控工作臺調(diào)節(jié)激光沖擊點位置位于板料中心；計算機控制系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)；液層厚度傳感器實時檢測沖擊點上方約束層的厚度，并將測量信號反饋給計算機控制系統(tǒng)，通過計算機控制系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速，最終形成設(shè)定的約束層厚度；計算機控制系統(tǒng)控制激光器發(fā)出脈沖激光，經(jīng)反射鏡反射后激光束射向板料表面進行脈沖激光沖擊成形。每次沖擊完后計算機控制系統(tǒng)重新調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速，在形成新的穩(wěn)定約束層后進行下一次沖擊，直至完成整個脈沖激光沖擊成形。除了單點多次沖擊外，計算機控制系統(tǒng)控制數(shù)控工作臺的移動，配合計算機控制系統(tǒng)控制激光器發(fā)射脈沖激光的頻率還可以進行多點多次沖擊。本專利技術(shù)的有益效果是 I)本專利技術(shù)專利可以簡便地產(chǎn)生能夠穩(wěn)定貼合凹陷板料表面的約束層，約束層厚度可以精確控制，提升了激光沖擊成形效果；2)本專利技術(shù)專利可以進行激光連續(xù)沖擊成形；3)本專利技術(shù)專利的裝置簡單，操作簡便，容易實現(xiàn)；4)本專利技術(shù)方法不僅適用于室溫激光沖擊，也適用于溫成形激光沖擊中約束層為液體的情況。附圖說明圖1本專利技術(shù)裝置示意圖。圖中，1.計算機控制系統(tǒng)2.激光器3.液層厚度傳感器4.反射鏡5.激光束6.液體約束層7.壓邊圈8.密封圈9.板料10.凹模11.旋轉(zhuǎn)臺12.數(shù)控工作臺。具體實施方式 本實例以直徑40mm,厚O. 3mm招合金板料為例，結(jié)合圖1說明如下凹模10固定在旋轉(zhuǎn)臺11上，圓環(huán)形的壓邊圈7將板料9固定在凹模10上，使凹模10、板料9、壓邊圈7的中心軸線和旋轉(zhuǎn)臺11的旋轉(zhuǎn)中心軸線重合；在計算機控制系統(tǒng)I設(shè)定約束層厚度以及激光沖擊參數(shù)，約束層厚度2mm，脈沖激光脈寬為23ns，光斑半徑4mm，能量8J ;噴嘴向板料9表面提供約束層液體，計算機控制系統(tǒng)I控制數(shù)控工作臺12調(diào)節(jié)激光沖擊點位置位于板料9中心；計算機控制系統(tǒng)I控制旋轉(zhuǎn)臺11旋轉(zhuǎn)；液層厚度傳感器3實時檢測沖擊點上方約束層的厚度，并將測量信號反饋給計算機控制系統(tǒng)1，通過計算機控制系統(tǒng)I控制旋轉(zhuǎn)臺11的轉(zhuǎn)速，最終形成2_厚的約束層；計算機控制系統(tǒng)I控制激光器2發(fā)出脈沖激光，經(jīng)反射鏡4反射后激光束5射向板料9表面進彳T脈沖激光沖擊成形。每次沖擊完后計算機控制系統(tǒng)I重新調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺11轉(zhuǎn)速，在形成新的穩(wěn)定約束層后進行下一次沖擊，直至完成整個脈沖激光沖擊成形。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種控制液體約束層厚度的激光沖擊方法，其特征在于，通過液層厚度傳感器(3)向計算機控制系統(tǒng)(1)反饋沖擊點液層厚度信號來控制旋轉(zhuǎn)臺(11)的轉(zhuǎn)速，使液體約束層(6)在旋轉(zhuǎn)離心力作用下中心液面下凹形成所需的約束層厚度，具體步驟為：A）凹模(10)固定在旋轉(zhuǎn)臺(11)上，圓環(huán)形的壓邊圈(7)將板料(9)固定在凹模(10)上，使凹模(10)、板料(9)、壓邊圈(7)的中心軸線和旋轉(zhuǎn)臺(11)的旋轉(zhuǎn)中心軸線重合；在計算機控制系統(tǒng)(1)設(shè)定約束層厚度以及激光沖擊參數(shù)；B）噴嘴向板料(9)表面提供約束層液體，計算機控制系統(tǒng)(1)控制數(shù)控工作臺(12)調(diào)節(jié)激光沖擊點位置位于板料(9)中心；C）計算機控制系統(tǒng)(1)控制旋轉(zhuǎn)臺(11)旋轉(zhuǎn)；D）液層厚度傳感器(3)實時檢測沖擊點上方約束層的厚度，并將測量信號反饋給計算機控制系統(tǒng)(1)，通過計算機控制系統(tǒng)(1)控制旋轉(zhuǎn)臺(11)的轉(zhuǎn)速，最終形成設(shè)定的約束層厚度；E）計算機控制系統(tǒng)(1)控制激光器(2)發(fā)出脈沖激光，經(jīng)反射鏡(4)反射后激光束(5)射向板料(9)表面進行脈沖激光沖擊成形；F）重復(fù)上述D）到E），直至完成整個脈沖激光沖擊成形。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種控制液體約束層厚度的激光沖擊方法，其特征在于，通過液層厚度傳感器(3)向計算機控制系統(tǒng)(I)反饋沖擊點液層厚度信號來控制旋轉(zhuǎn)臺(11)的轉(zhuǎn)速，使液體約束層(6)在旋轉(zhuǎn)離心力作用下中心液面下凹形成所需的約束層厚度，具體步驟為A)凹模(10)固定在旋轉(zhuǎn)臺(11)上，圓環(huán)形的壓邊圈(7)將板料(9)固定在凹模(10)上，使凹模(10)、板料(9)、壓邊圈(7)的中心軸線和旋轉(zhuǎn)臺(11)的旋轉(zhuǎn)中心軸線重合；在計算機控制系統(tǒng)(I)設(shè)定約束層厚度以及激光沖擊參數(shù)；B)噴嘴向板料(9)表面提供約束層液體，計算機控制系統(tǒng)⑴控制數(shù)控工作臺(12)調(diào)節(jié)激光沖擊點位置位于板料(9)中心；C)計算機控制系統(tǒng)(1)控制旋轉(zhuǎn)臺(11)旋轉(zhuǎn)；D)液層厚度傳感器(3)實時檢測沖擊點上方約束層的厚度，并將測量信號反饋給計算機控制系統(tǒng)(1)，通過計算機控制系統(tǒng)(1)控制旋轉(zhuǎn)臺(11)的轉(zhuǎn)速，最終形成設(shè)定的約束層厚度；E)計算機控制系統(tǒng)(1)控制激光器(2)發(fā)出脈沖激光，經(jīng)反射鏡(4)反射后激光束(5)射向板料(9)表面進行脈沖激光沖擊成...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姜銀方，金華，岳陸游，姜文帆，汪建敏，
申請(專利權(quán))人：江蘇大學，
類型：發(fā)明
國別省市：