專利名稱：利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微細(xì)零件沖壓成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的裝置及方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械微沖壓技術(shù)采用微沖頭直接沖壓成型微細(xì)零件，其中，微沖頭可采用線電極磨削(WEDG)、LIGA或復(fù)合加工技術(shù)制成。為保證沖頭與沖模的裝配精度，沖模往往利用制好的沖頭反拷成形，且沖頭與沖模的加工在一次裝夾中完成。目前，通過采用WEDG技術(shù)制作出的沖壓工具，已經(jīng)成功地沖壓出了直徑小至25 μ m的微孔。然而，現(xiàn)有的微沖壓技術(shù)仍然存在很多技術(shù)難點(diǎn)一是沖頭的制作效率較低，成本較高；二是沖頭、沖模易損壞，特別是由于沖頭的尺寸小、強(qiáng)度低，輕微的擾動(dòng)都可能造成其失效；三是沖床的精度要求高，沖頭、沖模的定位以及運(yùn)動(dòng)控制與環(huán)境控制決定了沖床應(yīng)具有較高的精度。由于激光微塑成型技術(shù)可加工的材料范圍廣，對加工工具的要求較低，且可加工任意復(fù)雜的三維形狀，而得到了廣泛的應(yīng)用。激光微塑成型技術(shù)分為激光熱成型技術(shù)和激光沖擊成型技術(shù)。激光熱成型技術(shù)是利用溫度梯度使金屬板料發(fā)生變形的加工技術(shù)；激光沖擊成型技術(shù)是利用激光照射板材時(shí)產(chǎn)生的等離子體爆轟波致使板材發(fā)生塑性變形，使工件薄膜在與放置在工件下方的微模具相互作用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)微成型的技術(shù)。在加工過程中， 為實(shí)現(xiàn)激光沖擊成型，需要在工件表面覆蓋一層犧牲材料，以產(chǎn)生等離子體沖擊波，同時(shí)該犧牲材料可以吸收熱量，防止工件被蝕除。然而，在現(xiàn)有的激光微沖擊成型過程中，由于工件表面的犧牲層較易被蝕除，造成工件被蝕除，同時(shí)沖壓的深度和沖壓精度也會(huì)因此受到一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的裝置。本發(fā)明是一種全新的激光誘導(dǎo)空化微成型技術(shù)，可用于微細(xì)零件的快速?zèng)_壓成型。本發(fā)明的目的是通過以下方案來實(shí)現(xiàn)的一種利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的裝置，包括內(nèi)裝有液體的容器、導(dǎo)引器、凹形模具、透鏡組和激光器，所述導(dǎo)引器、所述凹形模具均位于所述容器的液體中，所述導(dǎo)引器位于所述凹形模具的上方，所述導(dǎo)引器的中部具有縱向的引導(dǎo)通孔，所述凹形模具具有用于成型工件的凹入部，所述引導(dǎo)通孔正對所述凹形模具的凹入部，所述凹形模具與所述導(dǎo)引器之間設(shè)置有用于容置待加工工件的橫向槽，所述透鏡組設(shè)置于所述容器的液體上方，所述激光器位于所述透鏡組的上方。所述導(dǎo)引器與所述凹形模具一體成型。所述引導(dǎo)通孔的橫截面的形狀為圓形、方形或三角形。本發(fā)明的另一目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的方法。本發(fā)明的另一目的是通過以下方案來實(shí)現(xiàn)的1)將工件置于導(dǎo)引器與凹形模具之間的橫向槽中，導(dǎo)引器中部的導(dǎo)引孔正對工件的待加工處；2)將所述導(dǎo)引器、所述凹形模具、所述工件置于液體中；3)使激光束通過透鏡組在所述導(dǎo)引器的導(dǎo)引孔中聚焦，在焦點(diǎn)處誘導(dǎo)液體產(chǎn)生空化效應(yīng)；4)空化效應(yīng)引發(fā)指向所述工件的高速微射流，并同時(shí)產(chǎn)生高強(qiáng)度的微沖擊波；5)高速微射流和高強(qiáng)度的微沖擊波經(jīng)過所述導(dǎo)引器的引導(dǎo)，精確沖壓于所述工件的待加工處，使工件產(chǎn)生塑性變形，通過凹形模具實(shí)現(xiàn)沖壓成型。在高速微射流作用于工件表面材料之前，使激光束通過透鏡組聚焦于工件的待加工處，對工件的待加工處進(jìn)行預(yù)加熱。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于相比現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械微沖壓技術(shù)，本發(fā)明采用激光誘導(dǎo)空化微射流技術(shù)，激光束不直接作用于工件，利用激光誘導(dǎo)空化效應(yīng)產(chǎn)生的微射流和沖擊波對工件進(jìn)行沖壓成型，在該過程中，激光束間接作用于工件，工件的形狀和加工精度由凹形模具保證，在加工過程中，不用在工件的表面涂覆犧牲層，本發(fā)明不會(huì)受到犧牲層的限制， 可實(shí)現(xiàn)多次沖壓成型，工件的沖壓深度和精度也都可得到較大提高，還有效提高了加工效率。


圖1為本發(fā)明的利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；在圖中l(wèi)-工件；2-導(dǎo)引器；3-凹形模具；4-激光束；5-空泡；6-引導(dǎo)通孔；7-透鏡組；8-容器；9-液體。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1所示，一種利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的裝置，包括內(nèi)裝有液體9的容器8、導(dǎo)引器2、凹形模具3、透鏡組7和激光器，導(dǎo)引器2、凹形模具3均位于容器 8的液體9中，導(dǎo)引器2位于凹形模具3的上方，導(dǎo)引器2的中部具有縱向的引導(dǎo)通孔6，凹形模具3具有用于成型工件1的凹入部，引導(dǎo)通孔6正對凹形模具3的凹入部，凹形模具3 與導(dǎo)引器2之間設(shè)置有用于容置待加工工件1的橫向槽，透鏡組7設(shè)置于容器8的液體9 上方，激光器位于透鏡組7的上方。在本發(fā)明中，導(dǎo)引器2與凹形模具3設(shè)計(jì)為一體式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以最大限度地保證定位精度，并可減少每次工件1裝夾中的調(diào)整時(shí)間。引導(dǎo)通孔6的橫截面的形狀可以為圓形、方形或三角形，根據(jù)加工過程的具體情況來選擇引導(dǎo)通孔6的橫截面的形狀。本發(fā)明的另一目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的方法。本發(fā)明的另一目的是通過以下方案來實(shí)現(xiàn)的1)將工件1置于導(dǎo)引器2與凹形模具3之間的橫向槽中，導(dǎo)引器2中部的導(dǎo)引孔正對工件1的待加工處；2)將導(dǎo)引器2、凹形模具3、工件1置于液體9中；3)使激光束4通過透鏡組7在導(dǎo)引器2的導(dǎo)引孔中聚焦，在焦點(diǎn)處誘導(dǎo)液體9產(chǎn)生空泡5 ；4)空泡5潰滅引發(fā)指向工件1的高速微射流，并同時(shí)產(chǎn)生高強(qiáng)度的微沖擊波；5)高速微射流和高強(qiáng)度的微沖擊波經(jīng)過導(dǎo)引器2的引導(dǎo)，精確沖壓于工件1的待加工處，使工件1產(chǎn)生塑性變形，通過凹形模具3實(shí)現(xiàn)沖壓成型。其中，在高速微射流作用于工件1表面材料之前，使激光束4通過透鏡組7聚焦于工件1的待加工處，對工件1的待加工處進(jìn)行預(yù)加熱，進(jìn)行熱沖壓，以提高沖壓的效率和精度。最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上內(nèi)容僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的簡單修改或者等同替換， 均不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的裝置，其特征在于所述利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的裝置包括內(nèi)裝有液體的容器、導(dǎo)引器、凹形模具、透鏡組和激光器，所述導(dǎo)引器、所述凹形模具均位于所述容器的液體中，所述導(dǎo)引器位于所述凹形模具的上方，所述導(dǎo)引器的中部具有縱向的引導(dǎo)通孔，所述凹形模具具有用于成型工件的凹入部，所述引導(dǎo)通孔正對所述凹形模具的凹入部，所述凹形模具與所述導(dǎo)引器之間設(shè)置有用于容置待加工工件的橫向槽，所述透鏡組設(shè)置于所述容器的液體上方，所述激光器位于所述透鏡組的上方。
2.按照權(quán)利要求1所述的利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的方法，其特征在于所述導(dǎo)引器與所述凹形模具一體成型。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的方法，其特征在于所述引導(dǎo)通孔的橫截面的形狀為圓形、方形或三角形。
4.一種利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的方法，其特征在于包括以下步驟1)將工件置于導(dǎo)引器與凹形模具之間的橫向槽中，導(dǎo)引器中部的導(dǎo)引孔正對工件的待加工處；2)將所述導(dǎo)引器、所述凹形模具、所述工件置于液體中；3)使激光束通過透鏡組在所述導(dǎo)引器的導(dǎo)引孔中聚焦，在焦點(diǎn)處誘導(dǎo)液體產(chǎn)生空化效應(yīng)；4)空化效應(yīng)引發(fā)指向所述工件的高速微射流，并同時(shí)產(chǎn)生高強(qiáng)度的微沖擊波；5)高速微射流和高強(qiáng)度的微沖擊波經(jīng)過所述導(dǎo)引器的引導(dǎo)，精確沖壓于所述工件的待加工處，使工件產(chǎn)生塑性變形，通過凹形模具實(shí)現(xiàn)沖壓成型。
5.按照權(quán)利要求4所述的利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的方法，其特征在于在高速微射流作用于工件表面材料之前，使激光束通過透鏡組聚焦于工件的待加工處， 對工件的待加工處進(jìn)行預(yù)加熱。
全文摘要
一種利用激光空化微射流沖壓成型微細(xì)零件的裝置及方法，其中，裝置由內(nèi)裝有液體的容器、導(dǎo)引器、凹形模具、透鏡組和激光器構(gòu)成。方法包括以下步驟1)將工件置于導(dǎo)引器與凹形模具之間的橫向槽中，導(dǎo)引器中部的導(dǎo)引孔正對工件的待加工處；2)將所述導(dǎo)引器、所述凹形模具、所述工件置于液體中；3)使激光束通過透鏡組在所述導(dǎo)引器的導(dǎo)引孔中聚焦，在焦點(diǎn)處誘導(dǎo)液體產(chǎn)生空化效應(yīng)；4)空化效應(yīng)引發(fā)指向所述工件的高速微射流，并同時(shí)產(chǎn)生高強(qiáng)度的微沖擊波；5)高速微射流和高強(qiáng)度的微沖擊波經(jīng)過所述導(dǎo)引器的引導(dǎo)，精確沖壓于所述工件的待加工處，使工件產(chǎn)生塑性變形，通過凹形模具實(shí)現(xiàn)沖壓成型。本發(fā)明可使工件的沖壓深度和精度都得到較大提高。
文檔編號(hào)B23K26/42GK102248292SQ20111017360
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者劉國躍, 張永俊, 郭鐘寧, 黃志剛 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)