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专利号: 2019105676047
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-11-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合可换凹模微成形装置,其特征在于,包括激光发射系统、控制系统和微零件成形系统;所述激光发射系统用于产生激光,控制系统用于控制成形装置的工作;所述微零件成形系统用于工件成形;

所述微零件成形系统包括压板(15)、容腔(23)和支撑平台(27);所述容腔(23)上开设有中空阶梯孔,容腔(23)的一端穿过支撑平台(27)设置在三维移动平台(2)上,容腔(23)的另一端上设置有压板(15);所述压板(15)中心开设有圆通孔,且压板(15)通过滑柱(20)导向,容腔(23)内靠近压板(15)从上至下设置有约束层(21)和吸收层(22),约束层(21)和吸收层(22)下方位置处设置有箔材(14),凹模(29)通过气缸(32)带动上行至箔材(14)位置,在激光束的辐照下,箔材(14)成形;

所述滑柱(20)上设置有弹簧(26),支撑平台(27)上设置有磁吸装置(25);在磁吸装置(25)的磁力作用下,压板(15)与支撑平台(27)之间距离变小,磁力消失后,在弹簧(26)的作用下,压板(15)与支撑平台(27)之间距离变大;压板(15)材料为铁磁性材料;所述凹模(29)设置在凹模更换装置(28)上,通过凹模更换装置(28)可带动凹模(29)圆周运动,从而可更换凹模(29);所述箔材(14)通过卷材装置(9)输送,实现自动上料;所述箔材(14)与容腔(23)接触的位置处设置有绝缘块(24);所述凹模更换装置(28)一端可平行旋入容腔(23)内,容腔(23)在相应位置处开设有槽。

2.根据权利要求1所述的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合可换凹模微成形装置,其特征在于,所述磁吸装置(25)包括铁芯(38)、电磁线圈(39)和线圈挡板(37);所述电磁线圈(39)套装在铁芯(38)外圈,并通过线圈挡板(37)密封在容器内。

3.根据权利要求1所述的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合可换凹模微成形装置,其特征在于,所述凹模更换装置(28)包括凹模支撑板(40)、旋转轴(41)、第一锥齿轮(42)、第二滚动轴承(43)和支撑底座(44);所述凹模支撑板(40)水平设置,一端开设有与凹模(29)形状匹配的槽型结构,另一端与旋转轴(41)垂直设置,旋转轴(41)通过第一锥齿轮(42)带动,从而带动凹模支撑板(40)圆周运动,第一锥齿轮(42)与第二锥齿轮(31)啮合,第二锥齿轮(31)通过第二电动机(30)驱动。

4.根据权利要求3所述的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合可换凹模微成形装置,其特征在于,卷材装置(9)有两组;所述卷材装置(9)包括支撑板(36)、转轴(33)、第一滚动轴承(35)和转轮(34);所述支撑板(36)对称设置,转轴(33)两端通过第一滚动轴承(35)安装在支撑板(36)上,转轴(33)凸出于支撑板(36)部分安装有第一直齿齿轮(10),通过第一直齿齿轮(10)带动箔材(14)运动。

5.根据权利要求1所述的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合可换凹模微成形装置,其特征在于,所述激光发射系统包括脉冲激光器(11)、平面反射镜(16)、可调焦透镜(17)和透镜支架(18);所述脉冲激光器(11)发出的激光束经45°设置的平面反射镜(16)反射后经过可调焦透镜(17)辐照在微零件成形系统上;所述可调焦透镜(17)安装于透镜支架(18)上;所述透镜支架(18)固定于底座(1)上;

所述控制系统包括激光控制器(8)、计算机(6)、三维移动平台控制器(3)、电流控制器(7)、电机控制器(4)和气缸控制器(5);所述激光控制器(8)、三维移动平台控制器(3)、电流控制器(7)、电机控制器(4)、气缸控制器(5)均与计算机(6)相连;所述激光控制器(8)与脉冲激光器(11)相连,用于控制脉冲激光器(11)的工作状态;所述三维移动平台控制器(3)与三维移动平台(2)相连,用于控制三维移动平台(2)的移动;所述电流控制器(7)与磁吸装置(25)相连以及与箔材(14)相接触,用于控制磁吸装置(25)的工作状态以及向箔材(14)施加脉冲电流;所述电机控制器(4)与第一电动机(12)及第二电动机(30)相连,用于控制第一电动机(12)与第二电动机(30)的工作状态;所述气缸控制器(5)与气缸(32)相连,用于控制气缸(32)的工作状态。

6.根据权利要求1‑5任一项所述的快换式脉冲电流处理与激光冲击箔材复合可换凹模微成形装置的成型方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:激光控制器(8)、三维移动平台控制器(3)、电机控制器(4)、气缸控制器(5)、电流控制器(7)均与计算机(6)连通;将卷材装置(9)、第一电动机(12)、第二电动机(30)、凹模更换装置(28)、气缸(32)固定于三维移动平台(2)上,安装时需注意卷材装置(9)的转轴(33)末端设置的第一直齿圆柱齿轮(10)与第一电动机(12)输出轴上设置的第二直齿圆柱齿轮(13)间的啮合关系;将透镜支架(18)固定于底座(1)上;将可调焦透镜(17)安装于透镜支架(18)上;

S2:使用螺栓将容腔(23)固定于三维移动平台(2)上;将绝缘块(24)装入容腔(23)中所设置的空心区域;将凹模(29)安放于凹模旋转装置(28)的凹模支撑板(40)上所设置的凹槽内;通过计算机(6)利用电机控制器(4)控制第二电动机(30)的输出轴转动,通过锥齿轮组的传动作用使凹模旋转装置(28)旋转至容腔(23)内的指定位置;通过计算机(6)利用气缸控制器(5)控制气缸(32)上升,使得气缸(32)的推头与凹模(29)的底部接触;

S3:使用螺栓将支撑平台(27)固定于三维移动平台(2)上;将四套磁吸装置(25)分别安装至支撑平台(27)所设置的四个凹槽内,其安装顺序为电磁线圈(39)、铁芯(38)、线圈挡板(37),最后使用螺钉将线圈挡板(37)固定于支撑平台(27)上;利用螺纹连接的方式将两根滑柱(20)与支撑平台(27)相连接;将箔材(14)从一端卷材装置(9)引出,穿过绝缘块(24)的空心区域连接至另一端的卷材装置(9)并固定;

S4:将弹簧(26)安装于滑柱(20)的外侧,并使其一端与支撑平台(27)表面接触;将喷涂有吸收层(22)的约束层(21)安装于容腔(23)设置的凹槽内;使压板(15)上设置的两个通孔的中心线与两根滑柱(20)的中心线分别对齐,使压板(15)穿过两根滑柱(20)并与弹簧(26)的另一端接触;利用螺纹连接的方式将限位盖(19)与滑柱(20)相连接;

S5:通过计算机(6)控制电流控制器(7)向箔材(14)两端施加脉冲电流;

S6:通过计算机(6)控制电流控制器(7)向磁吸装置(25)中的电磁线圈(39)施加电流从而产生磁力,使压板(15)在磁力的吸引作用下压紧约束层(21);

S7:通过计算机(6)控制气缸控制器(5)控制气缸(32)缓慢推动推头使凹模(29)缓慢上升,接触到待加工箔材(14)停止,气缸(32)给凹模(29)提供一个高的脉冲力,在脉冲力的作用下,凹模(29)剪切箔材(14)并且将剪切下的剪裁箔材(14)压紧到约束层(21)底部;

S8:调整可调焦透镜(17),调整脉冲激光器(11)参数,通过计算机(6)发送指令给激光控制器(8)控制脉冲激光器(11)发射脉冲激光;脉冲激光被吸收层(22)吸收,吸收层(22)产生汽化和电离后产生大量等离子体,在约束层(21)的限制下,等离子体快速向外膨胀产生冲击压力,在冲击压力和凹模(29)的作用下,金属箔材(14)产生塑性变形,形成微零件;

S9:断开电磁线圈(39)中的电流,则压板(15)受到弹簧(26)的作用力沿滑柱(20)高度方向向上抬起;控制气缸(32)缓慢上升,将微零件与约束层(21)顶出容腔(23),取出微零件与约束层(21);控制气缸(32)复位,并更换新约束层(21);

S10:利用电机控制器(4)控制第一电动机(12)旋转,在齿轮传动的作用下卷材装置(9)的转轮(34)进行转动,使得箔材(14)的未加工区域覆盖于凹模(29)之上;

S11:若需要更换凹模(29),则利用计算机(6)通过电机控制器(4)控制第二电动机(30)输出轴旋转,使得凹模更换装置(28)沿容腔(23)所设置的滑槽旋转,直至与容腔(23)分离,随后进行凹模(29)的更换,最后再使凹模旋转装置(28)重新旋转至容腔(23)所设置的指定位置;若需要重复进行加工,则只需重复S6至S10的步骤。