CN105817517A - 一种薄壁管件局部胀形的激光冲击装置及方法 - Google Patents

一种薄壁管件局部胀形的激光冲击装置及方法 Download PDF

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戴毅斌
崔鹏飞
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Abstract

本发明公开了一种薄壁管件局部胀形的激光冲击装置及方法，使用激光器发射的激光通过聚焦透镜作用于吸能件，吸能件的表面设有吸收层产生冲击波作用于薄壁管件待胀形区域完成胀形。本发明利用激光器发射的激光作用于吸能件，吸能件表面的吸收层吸收能量汽化形成等离子体，等离子体持续吸收能量爆炸产生冲击波作用于需要胀形的薄壁管件表面；由于是受冲击波的力效应使表面变形，不仅适用各种形状胀形要求，而且属于冷加工，对薄壁管件无热影响，同时对材料表面也起到了强化作用，有效地提高了表面的硬度、残余压应力等，从而提高了表面的耐磨性能。

Description

一种薄壁管件局部胀形的激光冲击装置及方法
技术领域
本发明涉及一种薄壁管件，具体涉及一种薄壁管件胀形的装置及方法。
背景技术
管型薄壁件具有重量轻、节约材料等优点，已日益广泛的应用于各工业部门。由于一些产品对薄壁件的形状有一定的要求，故需要对薄壁管型件胀形。由于管壁较薄，故受力、受热易变形且难夹持等缺点一直是管型薄壁件胀形难以解决的问题。随着科学技术的发展，一些电子产品越来越趋向于小型化，故对于小型薄壁件胀形工艺方法提出了更高的要求。目前对于管型薄壁件胀形的方法主要有冲液胀形、模胀形等。冲液胀形如桂林电子科技大学的实用新型专利201420545788.X“金属薄壁管冲击液压胀形系统”，对于一般的薄壁管件胀形可以实现，但对于直径小、长度比较长的薄壁管或对表面整洁度要求比较高如防生锈、腐蚀等的薄壁管件就不再适用。模胀形也存在同样的缺点，当薄壁管型件较长、直径较小时，对模胀形的模具要求就比较高，故制造成本及后期的维护保养费用就比较高。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种薄壁管件局部胀形的激光冲击装置及方法，采用冷加工的方法进行胀形，对薄壁管件无热影响且可控性强、操作简单、适用范围广、无污染。
技术方案：本发明提供了一种薄壁管件局部胀形的激光冲击装置，包括激光器、聚焦透镜、和吸能件，所述激光器发射的激光通过聚焦透镜作用于吸能件，所述吸能件的表面设有吸收层产生冲击波作用于薄壁管件待胀形区域。
进一步，所述吸能件的表面为锥面，母线与轴线的夹角为10～80°，所述吸收层覆盖在锥面上。
进一步，所述吸能件置于薄壁管件内部且吸能件的轴线与薄壁管件的中心线重合，激光沿平行于轴线方向作用于吸收层上。
进一步，还包括平面镜，所述激光器发射的激光经平面镜反射通过聚焦透镜。
进一步，所述吸收层为黑漆、铝箔或黑胶带。
进一步，所述薄壁管件的厚度为0～100μm，内径为0～10mm。
一种薄壁管件局部胀形的激光冲击方法，包括以下步骤：
(1)将薄壁管件清洗并晾干；
(2)在吸能件的表面涂覆吸收层；
(3)将薄壁管件通过模具固定在数控工作台上，吸能件进行安装使得吸收层接收激光器发射的激光产生的冲击波能够作用于需要胀形的部位；
(4)调整激光器参数，数控工作台调整薄壁管件的位置控制激光器光束照射到吸能件表面，实现胀形。
进一步，数控工作台带动模具水平方向移动调整光束照射到吸能件的吸收层，且带动模具竖直方向移动控制照射到吸能件表面的光斑直径为0～6mm。
进一步，激光器为脉冲激光器，根据胀形的尺寸要求，控制脉冲激光器发射脉冲激光的次数完成最终的胀形。
更进一步，脉冲激光器的激光波长为1064nm，脉冲宽度为5～10ns。
本发明的原理：本发明利用激光器发射的激光作用于吸能件，吸能件表面的吸收层吸收能量汽化形成等离子体，等离子体持续吸收能量爆炸产生冲击波作用于需要胀形的薄壁管件表面。
有益效果：1、由于是受冲击波的力效应使表面变形，不仅适用各种形状胀形要求，而且属于冷加工，对薄壁管件无热影响，同时对材料表面也起到了强化作用，有效地提高了表面的硬度、残余压应力等，从而提高了表面的耐磨性能；
2、能够有效的实现激光冲击薄壁管件的局部胀形，解决了薄壁管件难夹持、受热易变形及深径比大的薄壁管件胀形难的缺点；
3、本发明可控性强，对环境及薄壁件无任何污染；
4、本发明采用非接触式，不受工件尺寸的影响；
5、操作简单、效率高。
附图说明
图1为本发明薄壁管件局部胀形的激光冲击装置的结构示意图；
图2为薄壁管件及吸能件等部位的局部放大图；
图3为完成胀形的薄壁管件的示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种薄壁管件局部胀形的激光冲击装置，如图1所示，包括激光器11、平面镜8、聚焦透镜2、薄壁管件3、吸能件6、模具4、数控工作台12、控制器10、计算机9。模具4安装在数控工作台12上，用于固定待胀形的薄壁管件3，如图2所示，薄壁管件3竖直插入模具4中，吸能件6置于薄壁管件3内部并使吸能件6的轴线与薄壁管件3的中心线重合。吸能件6的外表面为上小下大的锥面，母线与轴线的夹角为30°，锥面上覆盖一层吸收层7。控制器10接收计算机9发送的指令控制数控工作台12的水平移动，使通过聚焦透镜2的激光束1照射到吸能件6表面吸收层7上预期的位置；同时数控工作台12的上下移动使得照射到吸能件表面的光斑直径为0～6mm。计算机9发送指令到控制器10控制激光器11发射脉冲激光，激光器11发射出的激光1经由平面镜8改变角度反射到聚焦透镜2，聚焦透镜2聚焦后的激光1沿吸能件6的轴线方向作用于吸收层7上，吸收层7产生的冲击波5作用于薄壁管件3的周向产生胀形区域。
本实施例用上述装置实现厚度为50μm、内径为5mm的薄壁管件3的胀形，激光冲击方法如下：
(1)将薄壁管件3用酒精清洗并晾干；
(2)在吸能件6的表面涂覆一层黑漆作为吸收层7；
(3)将薄壁管件3通过模具4固定在数控工作台12上，吸能件6安装到需要胀形的部位，使得吸收层7接收激光器11发射的激光产生冲击波能够作用于该部位；
(4)调整激光器11参数，本实施例选用能量可调的单脉冲Nd:YAG型脉冲激光器11，激光1波长1064nm，脉冲宽度为8ns，光斑直径4mm，结合数控工作台12的移动带动薄壁管件3调整位置，控制激光器11光束通过聚焦透镜2照射到吸能件6表面，实现胀形；
(5)控制脉冲激光器11发射脉冲激光1的次数完成胀形，如图3所示。

Claims (10)

1.一种薄壁管件局部胀形的激光冲击装置，其特征在于：包括激光器、聚焦透镜、和吸能件，所述激光器发射的激光通过聚焦透镜作用于吸能件，所述吸能件的表面设有吸收层产生冲击波作用于薄壁管件待胀形区域。
2.根据权利要求1所述的薄壁管件局部胀形的激光冲击装置，其特征在于：所述吸能件的表面为锥面，母线与轴线的夹角为10~80°，所述吸收层覆盖在锥面上。
3.根据权利要求2所述的薄壁管件局部胀形的激光冲击装置，其特征在于：所述吸能件置于薄壁管件内部且吸能件的轴线与薄壁管件的中心线重合，激光沿平行于轴线方向作用于吸收层上。
4.根据权利要求1所述的薄壁管件局部胀形的激光冲击装置，其特征在于：还包括平面镜，所述激光器发射的激光经平面镜反射通过聚焦透镜。
5.根据权利要求1或2所述的薄壁管件局部胀形的激光冲击装置，其特征在于：所述吸收层为黑漆、铝箔或黑胶带。
6.根据权利要求1所述的薄壁管件局部胀形的激光冲击装置，其特征在于：所述薄壁管件的厚度为0~100μm，内径为0~10mm。
7.一种薄壁管件局部胀形的激光冲击方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将薄壁管件清洗并晾干；
（2）在吸能件的表面涂覆吸收层；
（3）将薄壁管件通过模具固定在数控工作台上，吸能件进行安装使得吸收层接收激光器发射的激光产生的冲击波能够作用于需要胀形的部位；
（4）调整激光器参数，数控工作台调整薄壁管件的位置控制激光器光束照射到吸能件表面，实现胀形。
8.根据权利要求7所述的薄壁管件局部胀形的激光冲击方法，其特征在于：数控工作台带动模具水平方向移动调整光束照射到吸能件的吸收层，且带动模具竖直方向移动控制照射到吸能件表面的光斑直径为0~6mm。
9.根据权利要求7所述的薄壁管件局部胀形的激光冲击方法，其特征在于：激光器为脉冲激光器，根据胀形的尺寸要求，控制脉冲激光器发射脉冲激光的次数完成最终的胀形。
10.根据权利要求9所述的薄壁管件局部胀形的激光冲击方法，其特征在于：脉冲激光器的激光波长为1064nm，脉冲宽度为5~10ns。
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