CN101214580A - 超薄板材脉冲激光微铆接方法及其专用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超薄板材脉冲激光微铆接方法及实现该方法的专用装置。该方法是一种将激光作用于板材形成柔性凸模，将两层或多层板材铆接在一起的方法。优选的方案是，在约束层的作用下，将激光作用于板材表面覆盖的能量吸收层产生等离子爆轰波，等离子爆轰波作为柔性凸模进而作用于板材，将两层或多层板材铆接在一起的方法。实现超薄板材脉冲激光微铆接方法的专用装置，由激光发生器系统、工装夹具系统、工作台系统构成。通过这种方法，可以加工钢、铝、铜等金属材料，也可加工硅、塑料等非金属材料。其特别适合于微器件制造，如微开关的金属触点的铆接、形成接触区的微电子封装等领域。
Description
技术领域
本发明属于先进制造领域，具体是涉及一种超薄板材脉冲激光微铆接方法及实现该方法的专用装置。
背景技术
板材的连接方法很多，包括焊接与铆接等。通常的铆接方法是用铆钉进行的机械铆接，该方法连接牢固，但难以保证密封性。用点焊机将板材连接在一起的铆接方法常称为铆焊，该方法能够保证连接部位的密封性，但用于不同材料之间的连接时有其局限性，有时两种材料很难点焊在一起，同时，由于点焊时有热影响区，使该方法难以用于微制造和微电子封装等领域。
中国专利文件CN1385623公开了“无铆钉金属铆接方法”(申请号02132407.7)，在一块板上冲出板孔，另一块板上冲压出凸起，然后将凸起与板孔重合在一起，并在压力机上镦平，从而将两块板铆接在一起。该方法能够克服有铆钉铆接关于密封性的弱点，但由于将铆接过程分成了几个工序，所以效率较低；另外，如果用于超薄板材的微铆接，冲孔和冲凸起所用的微冲头的制造非常复杂，在压力机上也很难完成其工艺过程。中国专利文件CN101020276公开了“基于大光斑单次激光冲击的薄板半模精密成形方法”(申请号200610161353.5)，利用脉冲激光冲击工件表面的柔性贴膜，使其气化电离并形成冲击波而压向工件，该冲击波压力大于材料的塑性变形抗力，加上成形半模的作用，最终得到与半模形状一致的成形试样。该专利提供了一种塑性成形方法，但不能直接用于板材之间的连接过程。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种无铆钉、无模具、简单、快捷、能够保证板材的密封性要求，并可用于常规难变形材料的超薄板材脉冲激光微铆接方法及实现该方法的装置。
本发明的超薄板材脉冲激光微铆接方法，是一种将激光作用于板材形成柔性凸模，将两层或多层板材铆接在一起的方法。优选的方案是，在约束层的作用下，将激光作用于板材表面覆盖的能量吸收层产生等离子爆轰波，等离子爆轰波作为柔性凸模进而作用于板材，将两层或多层板材铆接在一起的方法。
一种更为优选的方案是，将激光发生器2发出的激光束3作用于板材6表面覆盖的能量吸收层5产生等离子爆轰波，在约束层4的作用下，等离子爆轰波作为柔性凸模进而作用于板材6，在刚性垫板8的作用下，所述柔性凸模使板材6与板材7铆接在一起。
优选的是板材7上预先设有小孔。板材厚度小于0.1mm。能量吸收层为漆、石墨、金属涂层或金属镀膜等。所述约束层对任何波长的激光接近透明，优选为水或玻璃。
实现超薄板材脉冲激光微铆接方法的专用装置，由激光发生器系统、工装夹具系统、工作台系统构成。所述激光发生器系统包括激光发生器控制系统1和激光发生器2，所述工装夹具系统包括约束层4、能量吸收层5和刚性垫板8，所述工作台系统包括沿X和Y方向移动的工作台9和工作台控制装置10。
由前面的描述可以看出，该超薄板材脉冲激光微铆接方法的特征在于由激光发生器发出的激光束作用于板材表面覆盖的能量吸收层，吸收层电离气化并形成等离子体，等离子体进一步吸收激光能量而爆炸，爆炸导致的冲击波作用于板材，从而使板材产生塑性凸起。在该板材背面的另一块板材上，可预先冲制或用激光切上小孔。第一块板上因激光冲击而产生的凸起穿过第二块板上的小孔，撞击到第二块板材底部的垫板上，使该凸起进一步产生铆镦变形，从而将第一块板材与第二块板材铆接在一起。由于第一块板材仅仅产生塑起凸起，并未穿孔，所以具有很好的密封性。
该方法的重要技术特征在于，由激光发生器2发出的激光束3作用于板材6表面覆盖的能量吸收层5，能量吸收层电离气化并形成等离子体，等离子体进一步吸收激光能量而爆炸，在约束层4的作用下，爆炸导致的冲击波作用于板材6，板材6背面的板材7上有小孔，冲击波压力使板材6生成小鼓包，该鼓包穿过板材7上的小孔。在离板材7约2～3个板材6厚度的位置放置垫板8，鼓包在进一步变形过程中受到垫板8的阻碍作用成为铆钉形，从将板材6和板材7铆合在一起。
作为该铆接方法的一种扩展，第二块板也可不预先加工上小孔。这样，在激光冲击过程中，两层板一起产生塑性凸起，撞击垫板后一起产生铆镦变形。通常，该铆接方法的连接强度稍差。
通过改变激光能量、脉冲宽度、脉冲次数、光斑直径等参数，来调整冲击压力和成形半径的大小，便可方便地获得不同尺寸规格的铆接部位。
通过这种方法，可以加工钢、铝、铜等金属材料，也可加工硅、塑料等非金属材料。
其特别适合于微器件制造，如微开关的金属触点的铆接、形成接触区的微电子封装等领域。
本发明的技术优势在于：
(1)不用铆钉，能够保证板材的密封性能，外形美观；
(2)由于激光束诱发的等离体作为柔性冲头，所以调整激光参数，便可适用于不同材料、不同尺寸的板材之间的铆接，加工柔性大；
(3)铆接过程是高应变率变形过程，可以用于常规方法难变形材料之间的铆接；
(4)可用于同种材料之间的铆接，也可用于不同材料间的铆接；
(5)工装夹具系统特别简单，铆接速度快，成本低、效率高。
附图说明
图1是超薄板材脉冲激光微铆接装置示意图。
图2是板材铆接过程中工装夹具部分的剖面示意图。
图3是板材铆接完成后工装夹具部分的剖面示意图。
其中：1.激光发生器控制系统；2.激光发生器；3.激光束；4.约束层；5.能量吸收层；6.板材；7.板材；8.刚性垫板；9.工作台；10.工作台控制装置。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明提出的技术方案的细节和工作情况。
图1为本发明进行超薄板材脉冲激光微铆接装置示意图，包括依次相连的激光发生器控制系统1、激光发生器2、由激光发生器2发出的激光束3；工装夹具系统包括约束层4、能量吸收层5、板材6、板材7、刚性垫板8；工作台系统包括沿X和Y方向移动的工作台9，以及工作台控制装置10。
激光发生器2产生脉冲激光束3，激光束3的能量、激光模式、光斑大小、脉冲个数、脉冲宽度由激光发生器的控制系统1调节和控制。
图2是铆接过程中工装夹具系统的示意图，图中板材6由于受到脉冲激光的冲击作用，已在表面形成塑性凸起，并穿过板材7的小孔。板材6的约束层4可以是水或玻璃，其目的是限制等离子体的发散并使其产生的冲击波朝向工件。约束层的组成和厚度取决于激光的种类、板材的厚度、预计使工件变形的能量和压力、预计变形的尺寸。如用玻璃作约束层时，冲击应力可达到16～26GPa，而用水时，相同激光脉冲所产生的应力只达到1.7～3.5GPa。约束层对于所应用的激光是透明的，激光束透过时无明显能量损失。
能量吸收层5可以是漆、柔性贴膜、也可以是金属涂层。能量吸收层在激光照射时会电离气化形成等离子体，等离子体进一步吸收激光能量从而转变为使工件变形的等离子体冲击波。能量吸收层的组成和厚度取决于激光的种类、板材的厚度、使工件变形的能量和压力、预计变形的尺寸。例如在铜板上，能量吸收层可能是黑色有机漆；对于硅基材料，能量吸收层可以是铝或铜的涂层或镀膜，这些膜可以通过喷溅或化学气相沉积法覆盖在工件上。在中尺度或通常的宏观变形情况下，黑漆或石墨也可作为能量吸收层。能量吸收层的成分和厚度影响其气化形成的等离子体的能量和压力。例如，20微米厚的铜板变形需要20-40微米厚的石墨吸收层，但用金属涂层或金属镀膜作吸收层时，吸收层的厚度只需要15微米。
板材6上覆盖着能量吸收层5的那一面朝向激光束3，而板材7安全固定在工件另一面。两层板材紧密贴近，中间没有间隙。刚性垫板8可采用淬火的钢板加工而成。垫板8上的受撞击面与板材7的间隙，约为2～3个板材6的厚度。
板材6可以是铝、铜、钢等金属材料，也可以是塑料、硅、陶瓷等非金属材料。可以是塑性好的材料，也可是脆性、难成形的材料。
工装夹具系统固定在工作台9上，工作台可以在X、Y方向移动，用于调整模具与激光束3的相对位置。工作台9的移动由控制装置10来控制。
图3是铆接完成后工装夹具系统的示意图，图中板材6的塑性凸起由于受到垫板8的约束与阻碍，已成为铆钉形。这种铆镦作用使板材6与板材7紧密地连接在一起。激光束3通过一个或多个脉冲作用于板材6，虽然板材6下方并没有型腔模具，但由于圆形光斑作用于吸收层时所产生的等离子体爆轰波是呈轴对称形状并向各个方向扩散的，所以，在板材6上所生成的塑性凸起以及铆镦后的形状都呈轴对称状。
超薄板材脉冲激光微铆接方法的步骤包括：开始→选择板材→将能量吸收层覆盖在第一块板材上→第二块板材切孔(可选)→将第一块板材与第二块板材紧密贴合在一起，保证相对位置，并固定在垫板上→在能量吸收层上覆盖约束层→将一个或多个激光脉冲作用于第一块板材→移去工件→清理工件→结束。
Claims (10)
1.超薄板材脉冲激光微铆接方法，其特征在于，它是一种将激光作用于板材形成柔性凸模，将两层或多层板材铆接在一起的方法。
2.权利要求1所述超薄板材脉冲激光微铆接方法，其特征在于，它是一种在约束层的作用下，将激光作用于板材表面覆盖的能量吸收层产生等离子爆轰波，等离子爆轰波作为柔性凸模进而作用于板材，将两层或多层板材铆接在一起的方法。
3.权利要求1所述超薄板材脉冲激光微铆接方法，其特征在于，它是一种将激光发生器(2)发出的激光束(3)作用于板材(6)表面覆盖的能量吸收层(5)产生等离子爆轰波，在约束层(4)的作用下，等离子爆轰波作为柔性凸模进而作用于板材(6)，在刚性垫板(8)的作用下，所述柔性凸模使板材(6)与板材(7)铆接在一起的方法。
4.权利要求3所述超薄板材脉冲激光微铆接方法，其特征在于，所述板材(7)上有小孔。
5.权利要求1-4任一所述超薄板材脉冲激光微铆接方法，其特征在于，所述板材厚度小于0.1mm。
6.权利要求2或3所述超薄板材脉冲激光微铆接方法，其特征在于，所述能量吸收层为漆、石墨、金属涂层或金属镀膜。
7.权利要求2或3所述超薄板材脉冲激光微铆接方法，其特征在于，所述约束层对任何波长的激光接近透明。
8.权利要求2或3所述超薄板材脉冲激光微铆接方法，其特征在于，所述约束层为水或玻璃。
9.实现超薄板材脉冲激光微铆接方法的专用装置，其特征在于，该装置由激光发生器系统、工装夹具系统、工作台系统构成。
10.权利要求9所述实现超薄板材脉冲激光微铆接方法的专用装置，其特征在于，所述激光发生器系统包括激光发生器控制系统(1)和激光发生器(2)，所述工装夹具系统包括约束层(4)、能量吸收层(5)和刚性垫板(8)，所述工作台系统包括沿X和Y方向移动的工作台(9)和工作台控制装置(10)。
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Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101879572A (zh) * | 2010-06-21 | 2010-11-10 | 昆明理工大学 | 一种镁合金板材激光局部加热自冲铆接方法 |
| CN102581150A (zh) * | 2012-02-23 | 2012-07-18 | 西安交通大学 | 一种汽车用铝合金可控式爆炸无铆连接装置及其连接方法 |
| CN103143837A (zh) * | 2013-02-27 | 2013-06-12 | 黄志良 | 超薄金属片焊接方法及焊接装置 |
| CN104023897A (zh) * | 2011-11-08 | 2014-09-03 | 皮科塞斯公司 | 室温下的玻璃到玻璃、玻璃到塑料以及玻璃到陶瓷/半导体的结合 |
| CN104227220A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-24 | 江苏大学 | 一种基于纳米颗粒增强的大面积激光冲击点焊方法及装置 |
| CN105127314A (zh) * | 2015-09-28 | 2015-12-09 | 江苏理工学院 | 基于超强激光冲击的薄板连接装置及其连接方法 |
| CN106041298A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-10-26 | 山东大学 | 一种渐进式激光冲击连续铆接方法及装置 |
| CN106392320A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-02-15 | 山东大学 | 一种激光驱动液压胀形的板材铆接方法及结构 |
| CN106891094A (zh) * | 2015-12-14 | 2017-06-27 | 上海申和热磁电子有限公司 | 用于覆铜陶瓷基板的激光切割机工作台 |
| CN107214481A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-09-29 | 山东大学 | 一种半空心铆钉的激光冲击成形及同步铆接方法及装置 |
| CN107685188A (zh) * | 2016-08-05 | 2018-02-13 | 本田技研工业株式会社 | 用于焊接异种材料片的方法和接头 |
| CN109158494A (zh) * | 2018-08-08 | 2019-01-08 | 山东大学 | 一种提高激光冲击铆接成形连接强度的方法及装置 |
| CN109482750A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-03-19 | 广东工业大学 | 一种无铆钉微铆接装置 |
| CN110948108A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-03 | 山东大学 | 一种超薄板材激光对冲铆接方法及装置 |
| CN110977164A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 山东大学 | 一种渐进式激光冲击超薄板材连续铆焊装置及铆焊方法 |
| CN113172163A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-27 | 山东大学 | 一种异形无铆钉铆接结构、成型装置及方法 |
-
2008
- 2008-01-21 CN CN 200810014018 patent/CN101214580B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101879572A (zh) * | 2010-06-21 | 2010-11-10 | 昆明理工大学 | 一种镁合金板材激光局部加热自冲铆接方法 |
| CN104023897A (zh) * | 2011-11-08 | 2014-09-03 | 皮科塞斯公司 | 室温下的玻璃到玻璃、玻璃到塑料以及玻璃到陶瓷/半导体的结合 |
| CN104023897B (zh) * | 2011-11-08 | 2016-08-24 | 皮科塞斯公司 | 室温下的玻璃到玻璃、玻璃到塑料以及玻璃到陶瓷/半导体的结合 |
| US11571860B2 (en) | 2011-11-08 | 2023-02-07 | Corning Incorporated | Room temperature glass-to-glass, glass-to-plastic and glass-to-ceramic/semiconductor bonding |
| US10293551B2 (en) | 2011-11-08 | 2019-05-21 | Picosys Incorporated | Room temperature glass-to-glass, glass-to-plastic and glass-to-ceramic/semiconductor bonding |
| CN102581150A (zh) * | 2012-02-23 | 2012-07-18 | 西安交通大学 | 一种汽车用铝合金可控式爆炸无铆连接装置及其连接方法 |
| CN103143837A (zh) * | 2013-02-27 | 2013-06-12 | 黄志良 | 超薄金属片焊接方法及焊接装置 |
| CN104227220A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-24 | 江苏大学 | 一种基于纳米颗粒增强的大面积激光冲击点焊方法及装置 |
| CN105127314A (zh) * | 2015-09-28 | 2015-12-09 | 江苏理工学院 | 基于超强激光冲击的薄板连接装置及其连接方法 |
| CN106891094A (zh) * | 2015-12-14 | 2017-06-27 | 上海申和热磁电子有限公司 | 用于覆铜陶瓷基板的激光切割机工作台 |
| CN106041298A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-10-26 | 山东大学 | 一种渐进式激光冲击连续铆接方法及装置 |
| CN107685188A (zh) * | 2016-08-05 | 2018-02-13 | 本田技研工业株式会社 | 用于焊接异种材料片的方法和接头 |
| WO2018068693A1 (zh) * | 2016-10-10 | 2018-04-19 | 山东大学 | 一种激光驱动液压胀形的板材铆接方法及结构 |
| CN106392320A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-02-15 | 山东大学 | 一种激光驱动液压胀形的板材铆接方法及结构 |
| CN107214481B (zh) * | 2017-07-21 | 2018-11-27 | 山东大学 | 一种半空心铆钉的激光冲击成形及同步铆接方法及装置 |
| WO2019015149A1 (zh) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | 山东大学 | 一种半空心铆钉的激光冲击成形及同步铆接方法及装置 |
| CN107214481A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-09-29 | 山东大学 | 一种半空心铆钉的激光冲击成形及同步铆接方法及装置 |
| CN109158494A (zh) * | 2018-08-08 | 2019-01-08 | 山东大学 | 一种提高激光冲击铆接成形连接强度的方法及装置 |
| CN109158494B (zh) * | 2018-08-08 | 2020-05-19 | 山东大学 | 一种提高激光冲击铆接成形连接强度的方法及装置 |
| CN109482750A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-03-19 | 广东工业大学 | 一种无铆钉微铆接装置 |
| CN110948108A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-03 | 山东大学 | 一种超薄板材激光对冲铆接方法及装置 |
| CN110948108B (zh) * | 2019-12-16 | 2020-09-18 | 山东大学 | 一种超薄板材激光对冲铆接方法及装置 |
| CN110977164A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 山东大学 | 一种渐进式激光冲击超薄板材连续铆焊装置及铆焊方法 |
| CN110977164B (zh) * | 2019-12-20 | 2020-12-01 | 山东大学 | 一种渐进式激光冲击超薄板材连续铆焊装置及铆焊方法 |
| CN113172163A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-27 | 山东大学 | 一种异形无铆钉铆接结构、成型装置及方法 |
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|---|---|
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