带同步加热的板材激光微拉深成形方法

摘要

本发明公开了一种带同步加热的板材激光微拉深成形方法。板材夹在微型拉深凹模和压边圈间，用环状激光束透过透明凹模对板材边缘区域进行加热，同时用能量密度大于材料点火阈值的短脉冲激光照射板材，通过激光与材料相互作用时产生的等离子体冲击波冲击板材，并使之发生塑性变形，得到与凹模形状吻合的拉深件。本方法成形速度快，可成形常温下难变形材料，并能显著提高材料的强度、抗磨损、抗腐蚀和抗疲劳性能，特别适合于用超薄板材进行的微小筒形件的拉深成形或微型球形件的胀形成形，可用于制造微机电系统结构元器件。

主权项

带同步加热的板材脉冲激光微拉深成形方法，采用的装置为：激光控制器(1)与激光发生器A(2)和激光发生器B(11)相连，激光控制器(1)控制激光发生器A(2)和激光发生器B(11)的工作参数，包括能量、脉冲宽度、脉冲频率、脉冲次数；压边圈(6)与凹模(8)将板材(7)夹持在其间，并一同放置在三坐标工作台(9)上；激光发生器A(2)发出柱状脉冲激光束(3)，激光发生器B(11)发出环状激光束(10)；调整三坐标工作台(9)，使柱状脉冲激光束(3)与压边圈(6)的中心孔对中；由于柱状脉冲激光束(3)与环状激光束(10)同轴，所以，环状激光束(10)也与模具对中；进一步调整三坐标工作台，以调整环状激光束(10)的光斑大小，使之按工艺要求能够加热板材的边缘区域；调节激光发生器A的附属装置激光束空间调制器，调整柱状脉冲激光束(3)的光斑大小，使之能够顺利通过压边圈(6)的中心孔；开启激光发生器A(2)和激光发生器B(11)；激光发生器B(11)发出的环状激光束(10)，透过透明凹模(8)，在板材的背面对板材的边缘区域进行加热；同时，激光发生器A(2)发出柱状短脉冲激光束(3)，通过压边圈(6)的中心孔，在板材的正面照射板材的中心区域，并产生等离子体(12)，等离子体(12)继续吸收激光能量而爆炸，产生垂直于板材(7)表面的冲击力，使材料流入凹模(8)之中，最后在凹模(8)的约束下得到微型拉深试样；在板材(7)表面覆盖保护层(5)，保护层(5)仅覆盖板材(7)正面被柱状脉冲激光束(3)照射的部位，或者同时覆盖在板材(7)背面被环状激光束(10)照射的部位；为了对等离子体(12)的爆炸起约束作用，在压边圈(6)与凹模(8)将板材(7)夹紧后，通过压边圈(6)的中心孔，在板材(7)的中心部位覆盖一层厚度为1‑3mm的、称之为约束层的蒸馏水(4)；所述的板材(7)是钢、铝、铜或硅材料。