CN106077217B - 激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置及其工作方法，激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置，包括脉冲激光产生系统、碟形件成形系统、压力夹系统、柔性模放置转换系统和碟形件控制系统。利用脉冲激光和柔性薄膜作为加载载荷，利用较高精度的碟形件多工艺成形模具来保证高精度碟形零件的同轴度要求。将碟形件多工艺成形模装配在碟形件多工艺成形模安装槽中使得碟形件多工艺成形模可以取出，实现了成形废料的有效清除，解决了多次加工后成形废料堵塞模具的问题，延长了模具的使用寿命。利用柔性模放置转换系统和压力夹系统对柔性加载过程进行自动化，提高了制造碟形零件的效率。

Description

激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及机械先进制造微零件领域，尤其指激光柔性加载成形微零件领域，尤其涉及到激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置及其工作方法。

背景技术

近年来，随着工业技术的发展，产品的微型化成为工业制造发展的重要趋势。与之相关的微零件的制造也变得越来越重要，相应的微成形技术也随之发展起来。微冲裁和微拉深作为新型的塑形加工工艺，越来越受到研究者的关注。然而，目前对于微成形的研究仅限于简单零件，只涉及单个加工工艺，对于涉及多种工艺的复杂零件则研究地较少。

碟形零件的生产制造需要涉及多种加工工艺，包括微拉深，微冲裁，以及微落料。在传统的制造技术中，加工这样的零件主要由三种加工方式进行实现：

第一种加工方式，分三个步骤进行加工。先拉深成形，后冲孔，最后实现落料，相当于拉深成形后的切边整形过程。这种方式的缺点是：涉及多次装夹，存在装夹定位误差，精度差，加工耗时较长，生产效率较低，仅适用于小批量加工精度要求不高的零件。所以在批量生产中，一般不会采用这样的加工方式。

第二种加工方式，利用级进模具进行加工。申请号为201310734972.9的中国专利提出了一种用于加工微型电机的多工位级进模，其设计内容包括在下模部分的凸模、在上模部分的凹模、凹模内推出制件的弹性推件装置、卸料板、固定板及设置于所述固定板和卸料板之间的内导柱。这套模具所涉及的结构较为复杂，而且这种级进模的加工方式会产生步距定位误差和凸、凹模加工及装配误差，导致零件的同轴度很难达到要求。在移动过程中，由于零件尺寸微小，会产生微量变形，影响加工精度，重复定位会影响加工效率，夹具的使用也会增加零件的制造成本。

第三种加工方式，利用复合模具进行加工。裴雨滋等人在《电加工与模具》杂志中发表的论文《碟形件微冲裁冲压复合模具设计》中，设计出了一套能够制造碟形零件的复合模具，包括拉深凹模，拉深凸凹模，冲孔凸模，落料凹模等零件，进而实现先拉深成形，再冲孔，最后完成落料。这种加工方式虽然减少了加工过程中由于装夹带来的误差，但是凸模与凹模之间的对中较为复杂且不易于保证精度。此外，构成模具的结构较复杂，延长了制造周期并增加了制造成本，因此这种加工方式也存在着诸多的不便与问题。

发明内容

针对现有生产技术中存在的诸多问题，本发明提出了激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置及其工作方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的：

激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置，包括脉冲激光产生系统、碟形件成形系统、压力夹系统、柔性模放置转换系统和碟形件控制系统；

所述脉冲激光产生系统包括固定孔系基座、三维可调整保持架、脉冲激光器、平面反射镜和调焦镜；所述三维可调整保持架通过六角螺栓与底部的固定孔系基座相连接，且三维可调整保持架安装在固定孔系基座的右侧；所述三维可调整保持架上安装有调焦镜和平面反射镜；所述平面反射镜安装在调焦镜的正上方且平面反射镜与水平面成45°夹角；

所述碟形件成形系统包括成形基架、碟形件多工艺成形模和移动平台；所述成形基架底部开设的基架螺孔通过六角螺钉安装移动平台上；所述成形基架上开设有碟形件多工艺成形模安装槽；所述碟形件多工艺成形模安装槽内放置有碟形件多工艺成形模；所述移动平台通过六角螺钉安装在固定孔系基座上；

所述压力夹系统包括气缸、转动销、传动块、转动轴和压力头A和压力头B；所述压力头A和压力头B为“7字型”结构；所述气缸垂直安装在成形基架右侧；所述传动块一侧开设有圆通孔A，另一侧开设有圆通孔B；所述气缸一端通过转动销与传动块上开设的圆孔A相连接；所述传动块开设的圆孔B与转动轴相连接；以传动块为中心，转动轴分别连接压力头A和压力头B一端，压力头A(22)和压力头B(39)另一端置于成形基架(16)上端表面；；所述转动轴两端分别安装在成形基架开设的耳座A和耳座B上；

所述柔性模放置转换系统包括吸收层、柔性模、上顶板、约束层、伸缩缸、旋转台、电机和转换架基座；所述上顶板上对称均开设有上下布置的约束层安装槽和柔性模安装槽且约束层安装槽和柔性模安装槽均为U形槽结构；约束层安装槽U形槽结构尺寸大于柔性模安装槽U形槽结构尺寸；且所述柔性模安装槽的长宽尺寸不小于成形基架上表面的长宽尺寸；所述约束层安装槽内水平放置有约束层；所述柔性模安装槽置有柔性模，且柔性模上端面涂有吸收层；该吸收层可以通过介质与约束层贴合；

所述电机底部安装在转换架基座上；电机顶端上安装有旋转台；所述旋转台上安装有伸缩缸；所述伸缩缸上端固定有上顶板；所述转换架基座通过六角螺钉安装在固定孔系基座上；

所述碟形件控制系统包括脉冲激光控制器、计算机、高度控制系统、旋转控制系统、气缸控制系统；所述脉冲激光控制器、高度控制系统、旋转控制系统、气缸控制系统彼此并联并分别与计算机相连接；

所述脉冲激光器与脉冲激光控制器一端相连接；脉冲激光控制器另一端与计算机一端相连接；所述计算机分别与高度控制系统、旋转控制系统和气缸控制系统相连接；

所述高度控制系统与伸缩缸相连接；用于控制伸缩缸的上下运动；所述旋转控制系统与电机相连接；用于控制旋转台的旋转运动；所述气缸控制系统与气缸相连接；用于控制压力头的加载和卸载。

进一步的，所述成形基架中心竖直方向上开设有中间窄两端宽的仿工字形结构；该成形基架包括从上到下依次为碟形件多工艺成形模安装槽、废料落入孔和废料收集盒放置槽。

进一步的，所述碟形件多工艺成形模的最大径向尺寸与碟形件多工艺成形模安装槽上端尺寸相同，碟形件多工艺成形模高度尺寸等于碟形件多工艺成形模安装槽上端高度尺寸相同。

进一步的，所述废料收集盒放置槽内设置有废料收集盒。

进一步的，所述成形基架右侧面沿竖直方向设置槽口，该槽口为矩形槽，槽深度为10mm。

进一步的，所述碟形件多工艺成形模结构为“凸”字型，且其中心开设有通孔，通孔上部为浅拉深球面，下端为圆柱。

进一步的，所述碟形件多工艺成形模所有的边缘均为直角。

进一步的，所述伸缩缸为两个且对称的分布在旋转台上。

激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置的工作方法具体包括如下步骤：

S1、将移动平台安装在固定孔系基座上，通过基架螺孔和六角螺钉将成形基架安装在移动平台上，废料收集盒放入废料收集盒放置槽中；将碟形件多工艺成形模安装在碟形件多工艺成形模安装槽中，保证碟形件多工艺成形模的上表面和成形基架的上表面保持在同一高度；

S2、将传动块紧固连接在转动轴的中间位置；将压力头A和压力头B相对传动块对称紧固连接在转动轴上；转动轴安装在成形基架的耳座A和耳座B上；在成形基架的右侧安装气缸，气缸与成形基架保持垂直；通过转动销将气缸和传动块连接起来；

S3、通过转换架基座上的螺孔和六角螺钉，将柔性模放置转换系统安装在固定孔系基座上；安装时，需注意将柔性模安装槽位于成形基架的正上方；安装调整好伸缩缸和电机，使得它们处于各自的初始位置；

S4、将脉冲激光控制器分别与脉冲激光器和计算机相连，用于控制脉冲激光器的功率密度和发射频率等参数；将高度控制系统与伸缩缸相连接，用于控制柔性模放置转换架的高度位置；将旋转控制系统与电机相连接，用于控制柔性模放置转换架的旋转运动；将气缸控制系统与气缸相连接，用于控制气缸的上下运动，进而控制压力头A和压力头B的加载和卸载；

S5、将平面反射镜、调焦镜准确稳固地安装在三维可调整保持架上，利用角度测量工具使得平面反射镜与水平面成45°夹角，且在调焦镜正上方50mm，保证经由平面反射镜的光束垂直射入调焦镜；打开脉冲激光器和外置的水冷机，待水冷机达到预设的温度时，调整好脉冲激光参数，等待电压达到630V；调整调焦镜的高度，达到设定的离焦量和光斑直径，使光斑直径达到3mm；调整成形基架的水平位置，使得脉冲激光光斑的中心和碟形件多工艺成形模的中心重合；将柔性模放置转换架调整到其工作的初始位置，将右侧的柔性模安装槽和约束层安装槽位于成形基架的正上方；利用气缸控制系统，将气缸调整到合适的高度，使得压力夹系统的压力头A和压力头B处于卸载状态；

S6、将一面涂有吸收层的柔性模利用水密封贴紧在约束层的下表面中心位置处，并将其刚好放置在左侧的柔性模安装槽和约束层安装槽中；

S7、将成形工件放置在成形基架的上表面，柔性模放置转换系统顺时针旋转180°，使得左侧的约束层安装旋转到右侧，刚好位于成形基架的正上方；通过高度控制系统调节伸缩缸从而使得柔性模放置转换系统垂直向下运动，待约束层脱离约束层安装槽时，柔性加载放置过程已经完成，此时已经顺利将柔性加载放置在成形工件上；利用气缸，压力头A和压力头B对约束层施加一定的预紧力，阻碍材料在加工过程中产生的径向流动；打开光栅进行激光冲击，脉冲激光器发出的脉冲激光透过约束层，辐射到吸收层上，吸收层吸收高功率密度的激光能量，表面汽化和电离产生高温高压等离子体，等离子体快速地向外喷溅膨胀，并持续地吸收剩余的激光能量，在约束层和压力头的约束下，形成向下的爆轰波，成形工件受到柔性模的挤压和碟形件多工艺成形模的剪切作用，完成脉冲激光的冲击，成形碟形件，关闭光栅，卸载压力头A和压力头B；在制造碟形零件的过程中，同时进行步骤S6)；将柔性模放置转换系统垂直向上运动，待约束层与约束层安装槽接触且柔性模放置转换架的高度高于成形基架的高度时，停止柔性模放置转换系统的垂直运动，取出成形工件和柔性模；取出约束层，重复本步骤，即可实现多次制造碟形零件的过程；

S8、在完成多次加工之后，碟形件多工艺成形模与成形基架之间的空隙会堆积一些金属废料，将碟形件多工艺成形模从碟形件多工艺成形模安装槽中拆卸下来，利用镊子轻轻地将金属废料从碟形件多工艺成形模中清除，而冲孔的金属废料可以从废料收集盒中取出倒掉；清理完毕后，用无水酒精对碟形件多工艺成形模进行清洗；清洗完毕后再次安装好碟形件多工艺成形模，由此就可以重新进入下一个激光柔性加载成形碟形零件的周期。

进一步的，所述柔性模材料为橡胶薄膜，约束层材料为亚克力板，吸收层为黑漆。

本发明的有益效果是：本发明无需设计结构复杂的级进模具与复合模具，不存在装配误差，降低了制造复杂模具的成本与周期。利用脉冲激光和柔性薄膜作为加载载荷，利用较高精度的碟形件多工艺成形模具来保证高精度碟形零件的同轴度要求。将碟形件多工艺成形模装配在碟形件多工艺成形模安装槽中使得碟形件多工艺成形模可以取出，实现了成形废料的有效清除，解决了多次加工后成形废料堵塞模具的问题，延长了模具的使用寿命。利用柔性模放置转换系统和压力夹系统对柔性加载过程进行自动化，提高了制造碟形零件的效率。

附图说明

图1为本发明专利中激光柔性加载成形碟形零件的自动柔性加载放置装置示意图；

图2为本发明专利中碟形件多工艺成形模、成形基架以及压力夹系统的装配示意图；

图3为本发明专利中碟形件成形基架的三维结构示意图；

图4为本发明专利中碟形件成形基架的剖面示意图；

图5为本发明专利中碟形件多工艺成形模的剖面示意图；

图6为本发明专利中柔性模放置转换系统的三维结构示意图；

图7为本发明专利中柔性加载布置的示意图(图6的右侧视图)。

图中：

1-固定孔系基座；2-移动平台；3-碟形件成形系统；4-压力夹系统；5-三维可调整保持架；6-调焦镜；7-平面反射镜；8-脉冲激光器；9-脉冲激光控制器；10-计算机；11-高度控制系统；12-旋转控制系统；13-气缸控制系统；14-柔性模放置转换架；15-废料收集盒；16-成形基架；17-基架螺孔；18-气缸；19-转动轴；20-转动销；21-传动块；22-压力头A；23-碟形件多工艺成形模；24-耳座A；25-槽口；26-碟形件多工艺成形模安装槽；27-废料收集盒放置槽；28-柔性模安装槽；29-约束层安装槽；30-伸缩缸；31-旋转台；32-电机；33-转换架基座；34-废料落入孔；35-柔性模；36-吸收层；37-约束层；38-耳座B；39-压力头B；40-上顶板；

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，激光柔性加载成形碟形零件的自动柔性加载放置装置，包括脉冲激光产生系统，碟形件成形系统3，压力夹系统4，柔性模放置转换系统和碟形零件控制系统。

所述脉冲激光产生系统包括固定孔系基座1、三维可调整保持架5、脉冲激光器8、平面反射镜7、调焦镜6；三维可调整保持架5通过六角螺栓与底部的固定孔系基座1相连接，安装在固定孔系基座1的右侧，将平面反射镜7和调焦镜6安装在三维可调整保持架5上，平面反射镜7安装在调焦镜6的正上方，并保持与水平面成45°夹角；

所述碟形件控制系统包括脉冲激光控制器9、计算机10、高度控制系统11、旋转控制系统12、气缸控制系统13；所述脉冲激光控制器9、高度控制系统11、旋转控制系统12、气缸控制系统13均需要与计算机10相连接；所述脉冲激光控制器9需要与脉冲激光器8进行通信，用于控制脉冲激光器8的功率密度和脉冲发射频率等参数；所述高度控制系统11用于控制伸缩缸30的上下运动；所述旋转控制系统12用于控制旋转台31的旋转运动；所述气缸控制系统13用于控制压力头A22和压力头B39的加载和卸载。

如图2所示，为碟形件多工艺成形模23、成形基架16以及压力夹系统4的装配示意图。所述压力夹系统4由气缸18、转动销20、传动块21、转动轴19、压力头A22和压力头B39；所述气缸18垂直安装在成形基架16上，位于成形基架16的右侧；所述转动销20连接在气缸18和传动块21上，安装完成时需保证气缸18和传动块21之间可以发生相对转动；所述传动块21上具有两个圆孔，其中一个插入转动销20，与气缸18进行相连，另一个与转动轴19相连，且保证传动块21和转动轴19之间为紧固连接，不发生相对转动；所述转动轴19，需插入成形基架16的耳座24上，保证转动轴19可以在耳座24上发生转动；所述压力头A22和压力头B39，均与转动轴19相连且压力头A22和压力头B39之间为紧固连接，且不发生相对转动。

如图3所示，为碟形件成形基架16的三维结构示意图，图4为碟形件成形基架16的剖面示意图。所述成形基架16，其外形呈“凸”字型，由碟形件多工艺成形模安装槽26、废料落入孔34、槽口25、耳座24、基架螺孔17、废料收集盒放置槽27组成。所述碟形件多工艺成形模安装槽26用于安装碟形件多工艺成形模23；所述废料落入孔34的直径需比碟形件多工艺成形模23中0.4mm的微孔直径略大一些，其直径为0.8mm,大一些的目的是为了便于废料能够从中落下，落入废料收集盒15中，不能太大的原因是要预留一定的空间以支撑安装碟形件多工艺成形模23；所述槽口25为矩形槽，槽深度为10mm,用于扩大压力头A22和压力头B39的运动空间，避免压力头A22和压力头B39在运动过程中与成形基架16发生碰撞；所述耳座24，用于支撑压力夹系统4上的转动轴19；所述废料收集盒放置槽27空间尺寸需要比废料收集盒15的空间尺寸大，以便废料收集盒15能够在里面顺利放入取出。

如图5所示，所述的碟形件多工艺成形模23，其主视图呈现“凸”字型，上部小圆柱直径为1.4mm,下部大圆柱直径为1.8mm，且小圆柱和大圆柱至少保证0.01mm的同轴度要求。微拉深处表面为浅拉深球面，其球面直径为1.523mm,球心至模具表面的距离为1.4mm,球面深度为0.11mm,球面表面须进行磨削抛光处理等表面处理方式，使Ra表面粗糙度值达到0.4μm；微孔为通孔，孔直径为0.4mm；所述碟形件多工艺成形模23需安装在碟形件多工艺成形模安装槽26中，它们之间的配合要求为过渡配合，以便于碟形件多工艺成形模23能够较为容易地取出；完成装配时需保证碟形件多工艺成形模23的上表面和由成形基架16的上表面保持在同一高度，不可出现中间塌陷或者凸起的情况；所述碟形件多工艺成形模23所有的边缘均为(近)直角特征，避免出现倒角(避免出现圆角从而影响材料的断裂)。

如图6所示，为柔性模放置转换系统的三维结构示意图，如图7所示，为柔性加载布置的示意图。柔性模放置转换系统，其特征在于：对称分布有两个约束层安装槽29和两个柔性模安装槽28，约束层安装槽29和柔性模安装槽28均呈“U”字型，约束层安装槽29在柔性模安装槽28的上方，柔性模安装槽28的长宽尺寸等于成形基架16上表面的长宽尺寸，以便实现柔性模35能够顺利放置在成形基架16上；柔性模放置转换系统需要安装在正确的位置，以便柔性模放置转换系统可以顺利地在成形基架16上进行高度的调整，达到放置柔性加载的目的。所述柔性模放置转换系统由吸收层36、柔性模35、柔性模安装槽28、约束层37、约束层安装槽29、伸缩缸30、旋转台31、电机32、转换架基座33组成；所述约束层安装槽29用于放置约束层37，其结构尺寸与约束层37结构尺寸一致；所述柔性模安装槽28用于安装柔性模35，其尺寸比柔性模35尺寸大；所述伸缩缸30，用于实现柔性模安装槽28和约束层安装槽29高度位置的调整，以达到快速放置柔性加载的目的；所述旋转台31，用于实现柔性模安装槽28和约束层37安装槽29角度位置的调整，以达到快速转换柔性加载的目的；所述电机32，用于实现旋转台31的旋转运动；所述转换架基座33通过六角螺钉安装在固定孔系基座1上。

一种激光柔性加载成形碟形件的自动柔性加载放置装置的工作方法，具体包括如下步骤：

S1、将移动平台2安装在固定孔系基座1上，然后利用基架螺孔17和六角螺钉将成形基架16安装在移动平台2上，将废料收集盒15放入废料收集盒放置槽27中，位于废料落入孔34的正下方。将碟形件多工艺成形模23安装在碟形件多工艺成形模安装槽26中，保证碟形件多工艺成形模23的上表面和成形基架16的上表面保持在同一高度，不可出现中间塌陷或者凸起的情况。

S2、将传动块21紧固连接在转动轴19的中间位置，保证传动块21和转动轴19之间不可以发生相对转动。将压力头A22和压力头B39紧固连接在转动轴19上，相对传动块21以对称方式分布在转动轴19上，保证压力头A22，压力头B39和转动轴19之间均不可以发生相对转动。将转动轴19安装在耳座24上，使得转动轴19与耳座24之间可以发生相对转动。在成形基架16的右侧安装气缸18，并利用转动销20将气缸18和传动块21连接起来，使得传动块21和气缸18之间可以发生相对转动。

S3、利用转换架基座33上的螺孔和六角螺钉，将柔性模放置转换系统安装在固定孔系基座1上。安装时，需注意将柔性模安装槽28位于成形基架16的正上方，使得柔性模放置转换系统可以顺利地在成形基架16上进行高度的调整，达到放置柔性加载的目的。安装调整好伸缩缸30和电机32，使得它们处于各自的初始位置。

S4、将脉冲激光控制器9分别与脉冲激光器8和计算机10相连，用于控制脉冲激光器8的功率密度和发射频率等参数。将高度控制系统11与伸缩缸30相连接，用于控制柔性模放置转换架14的高度位置。将旋转控制系统12与电机32相连接，用于控制旋转台31的旋转运动。将气缸控制系统13与气缸18相连接，用于控制气缸18的上下运动，进而控制压力头A22和压力头B39的加载和卸载。

S5、将平面反射镜7，调焦镜6准确稳固地安装在三维可调整保持架5上，利用角度测量工具使得平面反射镜7与水平面成45°夹角，且在调焦镜6正上方50mm,保证经由平面反射镜7的光束垂直射入调焦镜6。打开脉冲激光器8和外置的水冷机，待水冷机达到预设的温度时，调整好脉冲激光参数，等待电压达到630V。调整调焦镜6的高度，使其达到设定的离焦量和光斑直径，使光斑直径达到3mm。调整移动平台2的前后左右(XY)位置，使得脉冲激光光斑的中心和碟形件多工艺成形模23的中心重合。将柔性模放置转换架14调整到其工作的初始位置，将右侧的柔性模安装槽28和约束层安装槽29位于成形基架16的正上方。利用气缸控制系统13，将气缸18调整到合适的高度，使得压力夹系统4的压力头A22和压力头B39处于卸载状态，便于工件和柔性加载的顺利放置。

S6、将一面涂有吸收层36的柔性模35利用水密封贴紧在约束层37的下表面中心位置处,并将其刚好放置在左侧的柔性模安装槽28和约束层安装槽29中。

S7、将成形工件放置在成形基架16的上表面，柔性模放置转换系统顺时针旋转180°，使得左侧的约束层安装槽28刚好位于成形基架的正上方。柔性模放置转换系统垂直向下运动，待约束层37脱离约束层安装槽29时，柔性加载放置过程已经完成，此时已经顺利将柔性加载放置在成形工件上。利用气缸18，加载压力头A22和压力头B39，给约束层37施加一定的预紧力，阻碍材料在加工过程中产生的径向流动，提高成形的精度。打开光栅，进行激光冲击，脉冲激光器8发出的脉冲激光透过约束层37，辐射到吸收层36上，吸收层36吸收高功率密度的激光能量，表面汽化和电离产生高温高压等离子体，等离子体快速地向外喷溅膨胀，并持续地吸收剩余的激光能量，在约束层37,压力头A22和压力头B39的约束下，形成向下的爆轰波，成形工件受到柔性模35的挤压和碟形件多工艺成形模23的剪切作用，完成脉冲激光的冲击，成形碟形零件，关闭光栅，卸载压力头A22和压力头B39。在制造碟形零件的过程中，同时进行S6；柔性模放置转换系统垂直向上运动，待约束层37与约束层37安装槽29接触且柔性模放置转换架14的高度高于成形基架16的高度时，停止柔性模放置转换系统的垂直运动，取出成形工件和柔性模35。取出约束层37,重复本步骤，即可实现多次制造碟形零件的过程。

S8、在完成多次加工之后，碟形件多工艺成形模23与成形基架16之间的空隙会堆积一些金属废料，此时应该将碟形件多工艺成形模23从碟形件多工艺成形模安装槽26中拆卸下来，利用镊子轻轻地将金属废料从碟形件多工艺成形模23中清除，而冲孔的金属废料可以从废料收集盒15中取出倒掉。清理完毕后，用无水酒精对碟形件多工艺成形模23进行清洗。清洗完毕后再次安装好碟形件多工艺成形模23，由此就可以重新进入下一个激光柔性加载成形碟形零件的周期。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置，其特征在于，包括脉冲激光产生系统、碟形件成形系统(3)、压力夹系统(4)、柔性模放置转换系统和碟形件控制系统；

所述脉冲激光产生系统包括固定孔系基座(1)、三维可调整保持架(5)、脉冲激光器(8)、平面反射镜(7)和调焦镜(6)；所述三维可调整保持架(5)通过六角螺栓与底部的固定孔系基座(1)相连接，且三维可调整保持架(5)安装在固定孔系基座(1)的右侧；所述三维可调整保持架(5)上安装有调焦镜(6)和平面反射镜(7)；所述平面反射镜(7)安装在调焦镜(6)的正上方且平面反射镜(7)与水平面成45°夹角；

所述碟形件成形系统(3)包括成形基架(16)、碟形件多工艺成形模(23)和移动平台(2)；所述成形基架(16)底部开设的基架螺孔(17)通过六角螺钉安装移动平台(2)上；所述成形基架(16)上开设有碟形件多工艺成形模安装槽(26)；所述碟形件多工艺成形模安装槽(26)内放置有碟形件多工艺成形模(23)；所述移动平台(2)通过六角螺钉安装在固定孔系基座(1)上；

所述压力夹系统(4)包括气缸(18)、转动销(20)、传动块(21)、转动轴(19)和压力头A(22)和压力头B(39)；所述压力头A(22)和压力头B(39)为“7字型”结构；所述气缸(18)垂直安装在成形基架(16)右侧；所述传动块(21)一侧开设有圆通孔A，另一侧开设有圆通孔B；所述气缸(18)一端通过转动销(20)与传动块(21)上开设的圆孔A相连接；所述传动块(21)开设的圆孔B与转动轴(19)相连接；以传动块(21)为中心，转动轴(19)分别连接压力头A(22)和压力头B(39)一端，压力头A(22)和压力头B(39)另一端置于成形基架(16)上端表面；所述转动轴(19)两端分别安装在成形基架(16)开设的耳座A(24)和耳座B(38)上；

所述柔性模放置转换系统包括上顶板(40)、伸缩缸(30)、旋转台(31)、电机(32)和转换架基座(33)；所述上顶板(40)上对称均开设有上下布置的约束层安装槽(29)和柔性模安装槽(28)且约束层安装槽(29)和柔性模安装槽(28)均为U形槽结构；约束层安装槽(29)U形槽结构尺寸大于柔性模安装槽(28)U形槽结构尺寸；且所述柔性模安装槽(28)的长宽尺寸不小于成形基架(16)上表面的长宽尺寸；

所述电机(32)底部安装在转换架基座(33)上；电机(32)顶端上安装有旋转台(31)；所述旋转台(31)上安装有伸缩缸(30)；所述伸缩缸(30)上端固定有上顶板(40)；所述转换架基座(33)通过六角螺钉安装在固定孔系基座(1)上；

所述碟形件控制系统包括脉冲激光控制器(9)、计算机(10)、高度控制系统(11)、旋转控制系统(12)、气缸控制系统(13)；所述脉冲激光控制器(9)、高度控制系统(11)、旋转控制系统(12)、气缸控制系统(13)彼此并联并分别与计算机(10)相连接；

所述脉冲激光器(8)与脉冲激光控制器(9)一端相连接；脉冲激光控制器(9)另一端与计算机(10)一端相连接；所述计算机(10)分别与高度控制系统(11)、旋转控制系统(12)和气缸控制系统(13)相连接；

所述高度控制系统(11)与伸缩缸(30)相连接；用于控制伸缩缸(30)的上下运动；所述旋转控制系统(12)与电机(32)相连接；用于控制旋转台(31)的旋转运动；所述气缸控制系统(13)与气缸(18)相连接；用于控制压力头A(22)和压力头B(39)的加载和卸载。

2.根据权利要求1所述的激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置，其特征在于，所述成形基架(16)中心竖直方向上开设有中间窄两端宽的仿工字形结构；该成形基架(16)包括从上到下依次为碟形件多工艺成形模安装槽(26)、废料落入孔(34)和废料收集盒放置槽(27)。

3.根据权利要求2所述的激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置，其特征在于，所述碟形件多工艺成形模(23)的最大径向尺寸与碟形件多工艺成形模安装槽(26)上端尺寸相同，碟形件多工艺成形模(23)上端与碟形件多工艺成形模安装槽(26)上端在同一平面上。

4.根据权利要求2所述的激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置，其特征在于，所述废料收集盒放置槽(27)内设置有废料收集盒(15)。

5.根据权利要求1所述的激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置，其特征在于，所述成形基架(16)右侧面沿竖直方向设置槽口(25)，该槽口(25)为矩形槽，槽深度为10mm。

6.根据权利要求1所述的激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置，其特征在于，所述碟形件多工艺成形模(23)结构为“凸”字型，且其中心开设有通孔，通孔上部为浅拉深球面，下端为圆柱。

7.根据权利要求6所述的激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置，其特征在于，所述碟形件多工艺成形模(23)所有的边缘均为直角。

8.根据权利要求1所述的激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置，其特征在于，所述伸缩缸(30)为两个且对称的分布在旋转台(31)上。

9.根据权利要求1所述激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置的工作方法具体包括如下步骤：

S1、将移动平台(2)安装在固定孔系基座(1)上，通过基架螺孔(17)和六角螺钉将成形基架(16)安装在移动平台(2)上，废料收集盒(15)放入废料收集盒放置槽(27)中；将碟形件多工艺成形模(23)安装在碟形件多工艺成形模安装槽(26)中，保证碟形件多工艺成型模的上表面和成形基架(16)的上表面保持在同一高度；

S2、将传动块(21)紧固连接在转动轴(19)的中间位置；将压力头A(22)和压力头B(39)相对传动块(21)对称紧固连接在转动轴(19)上；转动轴(19)安装在成形基架(16)的耳座A(24)和耳座B(38)上；在成形基架(16)的右侧安装气缸(18)，气缸(18)与成形基架(16)保持垂直；通过转动销(20)将气缸(18)和传动块(21)连接起来；

S3、通过转换架基座(33)上的螺孔和六角螺钉，将柔性模放置转换系统安装在固定孔系基座(1)上；安装时，将柔性模安装槽(28)位于成形基架(16)的正上方；安装调整好伸缩缸(30)和电机(32)，使得它们处于各自的初始位置；

S4、将脉冲激光控制器(9)分别与脉冲激光器(8)和计算机(10)相连，用于控制脉冲激光器(8)的功率密度和发射频率等参数；将高度控制系统(11)与伸缩缸(30)相连接，用于控制柔性模放置转换架(14)的高度位置；将旋转控制系统(12)与电机(32)相连接，用于控制柔性模放置转换架(14)的旋转运动；将气缸控制系统(13)与气缸(18)相连接，用于控制气缸(18)的上下运动，进而控制压力头A(22)和压力头B(39)的加载和卸载；

S5、将平面反射镜(7)、调焦镜(6)准确稳固地安装在三维可调整保持架(5)上，利用角度测量工具使得平面反射镜(7)与水平面成45°夹角，且在调焦镜(6)正上方50mm，保证经由平面反射镜(7)的光束垂直射入调焦镜(6)；打开脉冲激光器(8)和外置的水冷机，待水冷机达到预设的温度时，调整好脉冲激光参数，等待电压达到630V；调整调焦镜(6)的高度，使其达到设定的离焦量和光斑直径，使光斑直径达到3mm；调整成形基架(16)的水平位置，使得脉冲激光光斑的中心和碟形件多工艺成形模(23)的中心重合；将柔性模放置转换架(14)调整到其工作的初始位置，将右侧的柔性模安装槽(28)和约束层安装槽(29)位于成形基架(16)的正上方；利用气缸控制系统(13)，将气缸(18)调整到合适的高度，使得压力夹系统(4)的压力头A(22)和压缩头B(39)处于卸载状态；

S6、将一面涂有吸收层(36)的柔性模(35)利用水密封贴紧在约束层(37)的下表面中心位置处，并将其刚好放置在左侧的柔性模安装槽(28)和约束层安装槽(29)中；

S7、将成形工件放置在成形基架(16)的上表面，柔性模放置转换系统顺时针旋转180°，使得左侧的约束层安装槽(28)转到右侧，刚好位于成形基架的正上方；通过高度控制系统(11)调节伸缩缸(30)从而使得柔性模放置转换系统垂直向下运动，待约束层(37)脱离约束层安装槽(29)时，柔性加载放置过程已经完成，此时已经顺利将柔性加载放置在成形工件上；利用气缸(18)，压力头A(22)和压力头B(39)对约束层(37)施加一定的预紧力，阻碍材料在加工过程中产生的径向流动；打开光栅进行激光冲击，脉冲激光器(8)发出的脉冲激光透过约束层(37)，辐射到吸收层(36)上，吸收层(36)吸收高功率密度的激光能量，表面汽化和电离产生高温高压等离子体，等离子体快速地向外喷溅膨胀，并持续地吸收剩余的激光能量，在约束层(37)，压力头A(22)和压力头B(39)的约束下，形成向下的爆轰波，成形工件受到柔性模(35)的挤压和碟形件多工艺成形模(23)的剪切作用，完成脉冲激光的冲击，成形碟形件，关闭光栅，卸载压力头A(22)和压力头B(39)；在制造碟形零件的过程中，同时进行步骤S6)；将柔性模放置转换系统垂直向上运动，待约束层(37)与约束层安装槽(29)接触且柔性模放置转换架(14)的高度高于成形基架(16)的高度时，停止柔性模放置转换系统的垂直运动，取出成形工件和柔性模(35)；取出约束层(37)，重复本步骤，即可实现多次制造碟形零件的过程；

S8、在完成多次加工之后，碟形件多工艺成形模(23)与成形基架(16)之间的空隙会堆积一些金属废料，将碟形件多工艺成形模(23)从碟形件多工艺成形模安装槽(26)中拆卸下来，利用镊子轻轻地将金属废料从碟形件多工艺成形模(23)中清除，而冲孔的金属废料可以从废料收集盒(15)中取出倒掉；清理完毕后，用无水酒精对碟形件多工艺成形模(23)进行清洗；清洗完毕后再次安装好碟形件多工艺成形模(23)，由此就可以重新进入下一个激光柔性加载成形碟形零件的周期。

10.根据权利要求9所述的激光柔性加载成形碟形件的柔性加载放置装置的工作方法，其特征在于，所述柔性模(35)材料为橡胶薄膜，约束层(37)材料为亚克力板，吸收层(36)材料为黑漆。