CN103406417B - 一种高应变率下的微塑性成形装置及其成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高应变率下的微塑性成形装置及其成形方法，该装置包括利用激光束加载飞片以使工件成形的微塑性成形系统和用于给工件加热以使其软化的加热系统，加热系统与微塑性成形系统相连并设置于所述微塑性成形系统的下方，包括上加热板、下加热板和加热管，加热管内部为电阻丝，加热管的两端从下加热板穿出，穿出的两端为接线柱，加热管的外壁绝缘，上加热板和下加热板导电良好。本发明一种高应变率下的微塑性成形装置及其成形方法，其加热方式是电加热，并通过PID精确控制加热温度，因而可以加热包括磁性工件在内的所有金属成形件。本发明一种高应变率下的微塑性成形装置及其成形方法，可缩短生产周期，提高材料的成形性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种微塑性成形装置及其成形方法，特别涉及一种高应变率下的微塑性成形装置及其成形方法，属于微成形技术领域。
背景技术
在金属板料微制造领域，尤其是对于难成形金属往往因其较大的成形阻力而引起困难。近年来激光加工技术发展迅速，激光加工技术在机械制造中的应用也越来越广泛，推动了激光微成形技术的发展。激光微成形技术按成形原理分主要可分两大类，一是利用激光热效应成形，二是利用激光的非热效应，即力效应成形，典型的热效应成形如激光打孔，激光驱动飞片成形属于典型的力效应成形。
在微成形领域，尤其是当材料在高应变率下成形，很容易产生破裂失效，严重影响材料的成形性能。
申请号为CN201010603805.7的中国专利公开了一种金属薄板激光脉冲与电磁脉冲复合成形方法和装置，利用高功率脉冲激光器和电磁脉冲装置，使激光脉冲穿过电磁脉冲装置中空部分，激光脉冲与电磁脉冲结合起来，利用长电磁脉冲和较短的激光冲击波脉冲产生的复合力效应作用，使金属板料进行整体和细部均匀成形。但是对于难成形金属的成形，由于是在室温下成形，金属的在高应变率下的加工硬化效应往往会引起材料的破裂等失效。 申请号为CN200810156066.4的专利公开了一种电磁加热微成形方法及其装置，该微成形方法虽然可以通过电磁加热软化材料，但是适用于不可通过物体间直接接触进行热传递的磁性工件的微塑性成形，具有很大的局限性。
发明内容
针对现有技术中利用电磁加热的微成形技术存在的上述缺点，本发明提供一种高应变率下的微塑性成形装置及其成形方法。
本发明的技术方案是：
一种高应变率下的微塑性成形装置，包括利用激光束加载飞片以使工件成形的微塑性成形系统和用于给工件加热以使其软化的加热系统，所述微塑性成形系统包括凹模、置于凹模上的工件、设置于工件上方的飞行腔、设置于飞行腔上方的约束层、贴在约束层下表面上的飞片，所述加热系统与所述微塑性成形系统相连并设置于所述微塑性成形系统的下方，包括上加热板、下加热板和加热管，所述上加热板固定设置于下加热板的上方，上加热板和下加热板相接触的表面上设有排线管道状的加热管，所述加热管内部为电阻丝，加热管的两端从下加热板穿出，穿出的两端为接线柱，所述加热管的外壁绝缘，所述上加热板和下加热板导电良好。
作为本发明的进一步改进，所述加热系统还包括温控仪和热电偶，所述热电偶设置于微塑性成形系统上，用于检测温度信号并将温度信号反馈给与其连接的温控仪，由温控仪精确控制工件成形时的温度。
作为本发明的进一步改进，所述微塑性成形装置还包括用于限定所述凹模位置的凹模座、用于盛放所述微塑性成形系统和加热系统的底座、设置于所述微塑性成形系上方的压边圈，所述底座和压边圈相互配合，起到绝缘和保温的作用，所述底座下端设有用于使加热管的两端通过的通气孔。
作为本发明的进一步改进，所述热电偶设置于凹模座上，所述底座侧面还设有使热电偶的引线穿出的开口槽。
作为本发明的进一步改进，所述工件为箔板。
作为本发明的进一步改进，所述约束层的上表面胶结于中空法兰上，所述法兰固定设置在飞行腔上方、且穿设于压边圈中。
作为本发明的进一步改进，所述凹模上设有贯穿于其上下的气孔。
一种高应变率下的微塑性成形装置的成形方法，具体包括如下步骤：
A、将工件置于凹模上，压边圈对其压边；
B、加热系统对工件加热到设定温度后，保温；热电偶检测并将温度信号反馈给温控仪，由温度仪精确控制工件成形时的温度。
C、将飞片贴在约束层下表面，约束层上表面胶结置于飞行腔上；
D、高能激光束加载飞片使工件成形。
作为本发明的进一步改进，所述步骤B中，加热系统对工件加热到100—300℃后，保温1-2min。
本发明的有益效果是：
本发明一种高应变率下的微塑性成形装置及其成形方法，其加热方式是电加热，并通过PID精确控制加热温度，因而可以加热包括磁性工件在内的所有金属成形件。在微塑性制造领域，基于激光快速成形技术的微塑性成形技术，可缩短生产周期，提高材料的成形性能。
附图说明
图1为本发明一种高应变率下的微塑性成形装置的结构示意图；
图2为图1中a处凹模位置的局部放大图；
图3为本发明中下加热器的俯视图。
图中：1、压边圈； 2、法兰； 3、约束层； 4、飞片； 5、飞行腔； 6、工件； 7、凹模； 8、热电偶； 9、凹模座； 10、上加热板； 11、下加热板； 12、底座； 13、接线柱； 14、加热管； 15、电阻丝；16、通气孔；17、开口槽；18、温控仪；19、气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明一种高应变率下的微塑性成形装置的结构如图1所示，激光驱动飞片4高速冲击工件6（如箔板），箔板在模具中被加热系统加热，热电偶8检测并将温度信号反馈给温控仪18，由温度仪18精确控制箔板6成形时的温度。
凹模座9置于陶瓷座中，通过间隙配合保证精度。凹模7与凹模座9之间为间隙配合，温度传感器置于凹模座9中。陶瓷压边圈1与凹模座9为间隙配合，考虑到箔板6厚度是毫米以下，压边力由陶瓷座重力提供。
加热板主要由上加热板10、下加热板11和加热管12构成。加热管14外涂有绝缘粉保证绝缘性，内部为加热电阻丝15。
在上加热板10与下加热板11接触表面上开有排线管道，加热管14布置其中。上加热板10与下加热板11固连在一起，且为导电良好的金属材料。下加热器的俯视图如图3所示。
凹模位置的局部放大图如图2所示，凹模开有气孔19，外接电源线经过陶瓷底座中心的通气孔16引出。
先将箔板置于凹模7上，飞行腔5置于箔板上。压边圈1的凸缘面与飞行腔5上表面接触，并通过其重力对箔板6压边。法兰2和约束层3胶结固连并置于压边圈1的中心孔中，压边圈1内圆与凹模7外圆间隙配合。凹模座9外圆与陶瓷底座12内圆间隙配合，与凹模7过盈配合。热电偶8置于凹模座9中，热电偶8引线由开口槽17引出。加热器置于凹模座9与陶瓷底座12之间，加热器接线柱13外接电源线并通过底座12开口槽引出。
加热箔板过程是：加热器内部有环行排线加热管14，加热管14外部涂有绝缘粉。接线柱13与电源接通后，加热管14对加热器加热，通过凹模座9、凹模7将热量传递到。
温度控制过程是：在温控仪上设置好预设温度后，置于凹模座中9的热电偶8，将温度信号反馈回温控仪18，由温控仪18精确控制加热器电源的通断。陶瓷底座12与陶瓷压边圈1起到绝缘和保温的作用。
本发明提供一种新型微微塑性成形方法及模具，具体成形步骤：
1.将箔板置于凹模7上，压边圈1对其压边。
2.加热器对箔板加热到100—300℃后，保温1-2min。
3.将飞片4贴在约束层3下表面，法兰2与约束层3上表面胶结置于飞行腔5上，高能激光束加载飞片4使箔板6成形。
本发明所述一种高应变率下的微塑性成形装置及其成形方法，高能激光束透过约束层（K9玻璃）照射到烧蚀层上，产生压力达到GPa级的等离子体并加载飞片冲击箔板在高应变率下成形。箔板在模具上加热，模具温度在300℃以下。
本发明中加热板主要由上加热板、下加热板和加热管构成。加热管外涂有绝缘粉，内部为加热电阻丝，布置在上加热板与下加热板之间。在微成形制造领域中，本发明使用方便，缩短了加工时间，提高了箔板的在高应变率下的成形性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高应变率下的微塑性成形装置，包括利用激光束加载飞片（4）以使工件（6）成形的微塑性成形系统和用于给工件（6）加热以使其软化的加热系统，所述微塑性成形系统包括凹模（7）、置于凹模（7）上的工件（6）、设置于工件（6）上方的飞行腔（5）、设置于飞行腔（5）上方的约束层（3）、贴在约束层（3）下表面上的飞片（4），其特征在于：所述加热系统与所述微塑性成形系统相连并设置于所述微塑性成形系统的下方，包括上加热板（10）、下加热板（11）和加热管（14），所述上加热板（10）固定设置于下加热板（11）的上方，上加热板（10）和下加热板（11）相接触的表面上设有排线管道状的加热管（14），所述加热管内部为电阻丝（15），加热管（14）的两端从下加热板（11）穿出，穿出的两端为接线柱（13），所述加热管（14）的外壁绝缘，所述上加热板（10）和下加热板（11）导电良好；所述微塑性成形装置还包括用于限定所述凹模（7）位置的凹模座（9）、用于盛放所述微塑性成形系统和加热系统的底座（12）、设置于所述微塑性成形系统上方的压边圈（1），所述底座（12）和压边圈（1）相互配合，起到绝缘和保温的作用，所述底座（12）下端设有用于使加热管（14）的两端通过的通气孔（16）。
2.根据权利要求1所述的一种高应变率下的微塑性成形装置，其特征在于：所述加热系统还包括温控仪（18）和热电偶（8），所述热电偶（8）设置于微塑性成形系统上，用于检测温度信号并将温度信号反馈给与其连接的温控仪（18），由温控仪（18）精确控制工件（6）成形时的温度。
3.根据权利要求2所述的一种高应变率下的微塑性成形装置，其特征在于：所述热电偶（8）设置于凹模座（9）上，所述底座（12）侧面还设有使热电偶（8）的引线穿出的开口槽（17）。
4.根据权利要求1或2所述的一种高应变率下的微塑性成形装置，其特征在于：所述工件（6）为箔板。
5.根据权利要求1或2所述的一种高应变率下的微塑性成形装置，其特征在于：所述约束层（3）的上表面胶结于中空法兰上，所述法兰（2）固定设置在飞行腔（5）上方、且穿设于压边圈（1）中。
6.根据权利要求1或2所述的一种高应变率下的微塑性成形装置，其特征在于：所述凹模（7）上设有贯穿于其上下的气孔（19）。
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