CN106271084B - 一种板材激光冲击铆接模具、铆接系统和激光冲击铆接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板材激光冲击铆接模具、铆接系统和激光冲击铆接方法，包括上模和下模，所述上模为凸模，上模的下表面构成对板材的下压面，且上模的材质为透明的；所述上模的下表面或/和下端侧面覆盖有能量吸收层，或在板材待铆接区域的上表面涂覆能量吸收层，能量吸收层中的物质在激光照射时，电离形成等离子体；所述下模为凹模，凹模上设置有凹槽，凹槽的内部宽度大于上端开口处的宽度，且所述凹槽由相对设置的两部分组装而成；所述上模的下压面的宽度小于所述凹槽的上端开口处宽度。具有铆接深度大、铆扣的互锁嵌入量大、板材表面不需特殊处理、非常适宜于多脉冲激光冲击铆接等优势。

Description

一种板材激光冲击铆接模具、铆接系统和激光冲击铆接方法

技术领域

本发明属于激光先进制造领域，具体涉及一种板材激光冲击铆接模具、铆接系统和激光冲击铆接方法。

背景技术

随着汽车、飞机等行业的快速发展，对板材连接技术的要求越来越高，多种无铆钉连接技术应运而生。中国专利文件200810014018.1首先提出了一种超薄板材脉冲激光微铆接方法及其专用装置，该方法采用脉冲激光束所诱发的爆炸等离子体冲击波，将厚度小于0.1mm的上层板与带孔的下层板铆接在一起。由于下板的预置孔会影响连接件的密封性，同时，为了进一步提高其连接强度，中国专利文件2015101190830又提出了一种超薄板材脉冲激光同步铆合焊合方法及装置，在上层板和下层板共同塑性成形为铆扣形状并产生机械互锁的同时，板材之间通过剧烈撞击，接触界面产生原子扩散而焊合。该方法所形成的铆、焊复合结构，解决了已有技术密封性差且连接强度低的问题。

然而，现有的铆接方法仍然存在固有的不足。(1)板材脉冲激光冲击过程是一个高速成形过程，在此过程中，突缘区的材料很难产生塑性流动，利用此方法进行铆接成形时，铆扣主要通过板材在光斑区域的局部胀形和材料减薄而形成，受限于板材自身的强度、塑韧性、板厚等条件，所形成的铆扣深度比较小，局部破裂风险高，易造成连接强度低，且不能用于厚板的情况。(2)激光诱发的等离子体最初产生于板材表面位置，等离子体爆炸所形成的冲击力主要朝向激光束所照射的方向，垂直于激光束方向的横向冲击力相对较小，而铆扣所具有的口小底大的形状特征，主要是依靠横向冲击力形成的。显然，较小的横向冲击力，必然导致较小的底部尺寸，以及较小的口部与底部的尺寸差，并最终导致嵌入量小、机械互锁不足和连接强度低的现象。(3)虽然同步铆合焊合方法所形成的铆、焊复合结构，能够大大提高板材的连接强度，但该方法要求板材具有非常洁净的表面，否则难以通过高速冲击而焊合。工程实际中的板材几乎不可避免地存在表层氧化膜、表面油污等问题，因此，脉冲激光同步铆合焊合方法需要对板材进行严格而复杂的表面预处理。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的一个目的是提供一种板材激光冲击铆接模具，该铆接模具上设置有透明凸模和凹模，待铆接的两个板材放置于凸模和凹模之间，透明凸模上涂覆有吸能材料，激光通过透明凸模激发吸能材料生成等离子体，等离子体在透明凸模与板材间的狭小缝隙内产生爆炸，所产生的横向冲击力将凸起进一步成形为铆扣形，从而通过单纯的铆扣形状的机械互锁，将板材可靠且牢固地连接在一起。

本发明的另一个目的是提供一种板材激光冲击铆接方法，利用上述铆接模具进行，铆接深度大，可以用于连接更厚的板材，铆扣的互锁嵌入量大，形成牢固的机械互锁，提高了板材的连接强度。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种板材激光冲击铆接模具，包括上模和下模，所述上模为凸模，上模的下表面构成对板材的下压面，且上模的材质为透明的；所述上模的下表面或/和下端侧面覆盖有能量吸收层，或在板材待铆接区域的上表面涂覆能量吸收层，能量吸收层中的物质在激光照射时，电离形成等离子体；

所述下模为凹模，凹模上设置有凹槽，凹槽的内部宽度大于上端开口处的宽度，且所述凹槽由相对设置的两部分组装而成；

所述上模的下压面的宽度小于所述凹槽的上端开口处宽度。

优选为，所述能量吸收层涂覆在板材的待铆接区域的上表面。

将待铆接的两个板材叠加后放置于所述下模的凹槽上端，上模下压，将叠加的板材一起压入所述凹槽内。上模为透明的，向上模内照射激光，激光沿上模向下传递，当激光照射到上模下表面或/和下端侧面的能量吸收层时，能量吸收层中的物质吸收激光的能量后，被激发成等离子体，大量的等离子体在上模和板材之间的狭小空间内迅速聚集，并形成爆炸等离子体。在爆炸等离子体的冲击和下模的凹槽的约束下，板材形成铆扣形的机械互锁结构。

能量吸收层可以设置在上模上，也可以设置在板材上，因为能量吸收层在激光的照射激发作用下会产生爆炸等离子体，爆炸等离子体会对板材的表面形成巨大的冲击作用，能量吸收层对板材的表面起到保护作用，减轻了对板材表面的局部破坏，保证了铆接结构的强度。

上模一方面起到提供下压作用力，使叠加的板材出现柱状凸起的作用，另一方面，提供激光束传递的路径，所以，对于上模的形状并没有特定的要求，只要其包括基本的连接部和最下端的下压面，并且便于后续的铆接成形，即可，连接部用于将动力源与下压面连接，提供下压面下压的支持力。同时，连接部应该有一定的横截面积，可以容纳激光束通过。

由于上模下压后，会位于下模的凹槽内，板材变形形成的筒体结构正好将上模下端的能量吸收层遮挡，此时，不能通过外射激光的方式对能量吸收层进行激发，只能将上模设置为透明的，激光从上模内部经过，对上模外表面涂覆的能量吸收层进行照射激发。

上模和下模只是一个相对的概念，一般情况下，加工时，为了适应板材的加工，下模应该放置于工作台上，板材叠加后放置于下模上，此时，下模位于板材的下端，上模位于板材的上端而得名。

但是，本发明中的上模和下模中的“上”和“下”只是为了限定这两部分的相对位置，并不是传统意义上的地理方位上的“上”和“下”，在此将上模所在位置定义为上，下模所在位置定义为下，自上模到下模的方向即为从上到下。

如下模可以倾斜安装。可以竖直安装，此时，叠加的板材也竖直放置，且贴合于下模的表面，上模与下模对应安装；下模还可以倒转安装，即下模安装在地理方位意义上的上方，使凹槽开口朝下，叠加的板材放置于凹槽开口地理方位意义上的下方，上模位于板材地理方位意义上的下方。

这几种情况下的板材的固定是需要解决的问题，但是只要能解决该问题，就可以实现预期的目的。

凹槽的结构一般包括底部、开口以及底部与开口之间的侧壁，由于在铆接过程中，底部和侧壁都会对铆接的结构起到限制约束的作用，所以，在实际的工作中，可以根据对铆接的结构的要求，如铆接结构的尺寸和强度，对凹槽的内部结构进行设计。

优选的，所述上模为柱状结构。优选的，所述上模的形状为棱柱或圆柱形。

柱状结构的形状和质地均匀，在提供一定的下压力的作用下，柱状结构的受力均匀，避免了局部受力过大，容易对上模造成损害的风险。

优选的，所述上模内设置有激光束路径改变结构，该结构使激光束的方向改变至朝向所述能量吸收层。

由于激光是沿直线传播，通过改变激光的传播路径，可以调整等离子生成的初始位置，并提高激光的利用率，达到更好的冲击效果。

进一步优选的，所述激光束路径改变结构为反射结构，反射结构包括反射面，反射面围成棱锥或圆锥体。

由于能量吸收层最好是涂覆在上模下端的外周上，通过设置锥形的反射面，可以将上模内的激光光束分散开，分别反射到不同的能量吸收层区域，可以产生更好的加工效果。该处的反射面应该是光滑的，或较光滑的，即可以是全反射，也可以是部分反射，但是最好是光滑的。不能因产生漫反射而达不到设计要求。

进一步优选的，所述激光束路径改变结构为折射率改变段，折射率改变段的材料的折射率发生突变或渐变。

该处的折射率改变段是指沿激光传递的方向，通过改变材料的折射率来改变激光束的方向。其中，材料的折射率发生突变是指，假设在沿激光原始的传递方向有一个界面，该界面与激光的原始方向有一定夹角，该界面称之为分界面，分界面的上游的激光传播路径的材料为相同材料，为方便描述，此处称之为第一材料；分界面下游的激光传播路径的材料为相同材料，同样，为了方便描述，此处称之为第二材料。第一材料和第二材料的折射率不同，在所述分解面上就会发生折射率的突变。

由于光从一个介质传播到另一个介质时，如果入射角为0°时，四线合一，即入射光线、反射光线、折射光线和法线共线，即，不会改变激光束原有的方向。所以，此处的第一材料和第二材料的分界面不应该与激光的原始方向垂直，而是有一定的倾斜角度。

此外，在上模下压过程中，被铆接的板材将上模的四周进行了包覆，为了获得最佳的铆接互锁嵌入量，最好在上模下端的四周均涂覆能量吸收层，产生的爆炸等离子体可以将铆扣的四周都冲出，进行铆接互锁。为了达到这样的要求，就需要使同一方向的激光束往不同的方向折射。

进一步优选的，所述分界面形成的台体的侧面数量与上模的侧面数量相同。

每一侧面作为折射面，将激光光线改变方向，照射到设定区域的能量吸收层上。

下面以上模的形状为四棱柱为例进行说明：

作为一种优选的方案是，所述第一材料和第二材料之间的分界面，即折射面是四棱椎形，该四棱椎的底面的四个边分别与上模的四个侧面平行或重合，四棱椎的顶点朝向第一材料设置。此时，原始的激光光束作为入射光线，四棱椎的四个侧面分别作为折射面，会发生以下两种情况：

1、根据就近原则，折射面的折射光线照射到与该折射面较近的能量吸收层上，即折射光线应偏离激光束的原始方向向外，就要求折射角大于入射角，第二材料的折射率小于第一材料的折射率；为了尽量缩短折射光线的路径长度，即缩短上模的长度，适当增大第一材料和第二材料的折射率的差异，此方案适合于入射角较小的情况，如小于30°。这是较优的方案。

2、折射面的折射光线照射到与该折射面相对设置的能量吸收层上，即，折射光线应偏离激光束的原始方向向内传递，此时，折射角小于入射角，第二材料的折射率大于第一材料的折射率，此方案适合于入射角较大的情况，如大于60°，通过增大第一材料和第二材料的折射率，可以增大折射光线与入射光线之间的夹角，即增大对激光束的路径改变程度，缩短折射光线的路径长度。

作为另一种优选的方案，所述第一材料和第二材料之间的分界面，即折射面是四棱椎形，该四棱椎的底面的四个边分别与上模的四个侧面平行或重合，四棱椎的顶点朝向第二材料设置。

此时，原始的激光光束作为入射光线，四棱椎的四个侧面分别作为折射面，也会发生以上的两种情况，分析的基本原理与上面相同，在此不再赘述。

材料的折射率发生渐变时，沿激光的原始传递方向相当于设置多个分界面，该分界面，分界面两侧的材料的折射率不同，在每一个分界面的折射原理与上面的分析相同。在激光的传递过程中，不断改变方向，最终照射在能量吸收层上。

优选的，所述下模的两部分安装在导轨上，与导轨之间活动配合，下模的两部分之间通过连接件进行连接固定。

加工时，将下模的两部分相对运动，拼装好以后进行固定安装，使用完毕后，将下模的两部分拆开，调整两部分之间的距离，将铆接后的结构从凹槽内取出。

此处的导轨只是一种优选的方案，导轨不但可以对下模的两部分起到导送和调节的作用，还可以将下模限定在导轨上，避免下模在外力作用下离开原有位置，造成工作面的混乱，对其他的加工工作造成影响。

其实，下模的两部分之间可以组装和拆卸，组装时，构成凹槽，即构成铆接的凹模，与上模配合进行工作。铆接完成时，将下模的两部分进行拆卸，分离，将铆接部分取出。即可。

同时，还涉及到下模的两部分对所述凹槽的贡献程度，这两部分上都开设有槽体，两部分的槽体对接组装成所述凹槽，这是最终目的，对每一部分上的槽体的开设大小和开设程度并没有特别的限制，如，这两部分上开设的槽体是对称的，即将所述凹槽平分为两份，平均开设在这两部分上。也可以是，一部分开设的槽体较大，另一部分开设的槽体小。

优选的，在板材与下模接触的区域涂覆润滑剂层。

上模下压时，润滑剂可以减小板材与下模之间的摩擦力，一方面有利于板材的拉深成形，另一方面减小摩擦力对板材的破坏，提高铆接结构的强度。

优选的，所述板材激光冲击铆接模具还包括夹持导向结构，夹持导向机构包括上模板和导向板，上模板和导向板之间通过弹性元件连接，上模板的上表面设置有模柄，所述导向板上设置有通孔，所述上模的上端固定在上模板的下表面，上模的下端插入导向板的通孔里，上模的外壁与通孔的内壁贴合设置。

压力机夹持住模柄，进而夹持住上模板和上模，所以此处的上模板是起连接过渡和支撑的作用。导向板上设置有通孔，通孔的内壁与上模的外壁贴合设置，且上模板和导向板之间通过弹性元件连接，上模下压时，导向板的通孔正对下模的凹槽，其他地方与下模的上平面接触后制动，导向板停止运动，但是上模依然通过下模板的通孔向下运动，导向板上的通孔可以对上模起到导向作用。由于上模下压，上模与上模板之间是刚性连接，所以上模板也继续向下运动，上模板与导向板之间的距离缩小，两者之间的弹性元件被压缩，但是不会对上模的下行造成阻碍。

铆接完成后，压力机向上提拉上模板，带动上模向上运动，上模板与导向板之间的距离增大，弹性元件开始恢复原长，当向上运动一定距离后，弹性元件被拉伸，对导向板施加向上提拉的作用，导向板在提拉作用下向上运动，在整个提拉过程中，上模的下端不会离开导向板的通孔。

优选的，所述导向板中设置有涂料腔室，导向板的通孔的内壁设置有涂覆口，所述涂料腔室与涂覆口连通。

涂料腔室中盛放有所述能量吸收层的涂料，涂料沿着孔道进入涂覆口，上模下压过程中，涂料通过涂覆口涂覆在上模的表面上。由于需要向涂料腔室中放置涂料，所以，涂覆腔室设置有与外界相通的开口，为了避免杂质，如灰尘等，通过该开口进入涂料腔室，在该开口处盖合有盖子，起到遮挡的作用。

为了保证涂料腔室中的涂料向涂覆口的顺利流动，所述盖子与导向板之间应留有一定的空隙，进入空气，平衡涂料腔室的压力。由于上模的外表面与导向板通孔的内壁贴合设置，所以当上模与导向板之间相对静止时，上模的外壁与涂覆口贴合设置，即对涂料起到阻挡作用，防止涂料的外流。

涂覆腔室的形状在此不作任何限制，但是为了保证涂料的自动流出，且涂覆腔室中不会留有死角，优选的，涂覆腔室的最低位置应该高于涂覆口的位置，或与涂覆口的位置平齐，涂覆腔室的最低位置与涂覆口连通。

为了保证涂覆腔室不留死角，涂覆腔室的底部为弧度结构，且弧度结构的位于出料口的一端的位置最低。涂料通过该弧度结构可以完全通过出料口进入涂覆口。

优选的，所述板材激光冲击铆接模具还包括下模板，所述下模板用于固定所述下模。

一种板材激光冲击铆接系统，包括控制装置、激光器、压力机和所述板材激光冲击铆接模具，控制装置分别与激光器和压力机连接，所述板材激光冲击铆接模具的上模安装在压力机上，下模与上模相对安装，激光器通过光纤与上模的一端连接。

激光器发出的激光进入上模中，使激光沿着上模传递，由于上模是透明的，且在上模的四周都设置有能量吸收层，所以应该尽量保证激光束平行于上模的轴线传递，避免激光束的偏离预设路径，沿上模侧面射出时，造成激光的浪费，同时激光具有较强的能量，如果激光外泄，就会对工作人员造成伤害。

若激光器的入射光线并不是与上模的轴线平行，可以在上模的入射光线端设置反射结构，通过多级反射防止激光照射出上模。

一种板材激光冲击铆接方法，包括如下步骤：

1)将下模进行组装固定，形成凹槽；

2)在凹槽的上表面叠放待铆接板材，使板材的待铆接区域与凹槽的开口相对设置；

3)调整上模的位置，使上模与凹槽的开口相对设置；

4)对上模施加压力，使上模向下模运动，上模使板材产生拉深成形，使板材在凹槽内形成凸起；

5)打开激光器，激光束在上模的内部传递，激光照射在预涂在上模端部的能量吸收层或预涂在板材待铆接区域的能量吸收层，能量吸收层中的物质激发产生等离子体，等离子体在板材与上模壁之间的狭小空间内迅速聚集并爆炸，产生冲击力，将板材上形成的凸起进一步拉伸，在凹槽的约束作用下，形成铆接结构；

6)将下模进行拆卸，将铆接好的板材从凹槽中取出。

本发明的有益效果为：

1)铆接深度大。使用上模对进行板材初步拉伸成形，成形过程中铆接部位周边材料(即突缘区的材料)可以产生塑性流动，并进入凹模凹槽中，相比激光冲击所导致的局部胀形，该方法板料减薄不明显，局部破裂风险低，可成形深度大，后续形成的铆扣深度大，连接强度高，并且可以用于连接更厚的板材。

2)铆扣的互锁嵌入量大。透明凸模不仅用于初步拉深成形，同时也作为爆炸等离子体的约束层。由于等离体在透明凸模与板材间的狭小缝隙内爆炸，在透明凸模和凹模的共同约束下，必然产生大的横向冲击力，使板材更易于形成口小底大的形状特征，从而增加口部与底部的尺寸差，增加板材在铆扣处的嵌入量，形成牢固的机械互锁，提高板材连接强度。

3)板材表面不需特殊处理。作为一种纯粹的机械连接方式，克服了冲击焊等冶金连接方式的不足，对板材表面的洁净度没有特殊要求，不需要去污、去氧化膜等复杂的表面预处理，提高了生产效率。

4)非常适宜于多脉冲激光冲击铆接。激光冲击铆接中，一般需要进行多脉冲激光冲击，使板材逐渐成形为所需要的形状。传统的激光冲击铆接工艺，刚开始冲击时板材与约束层紧密贴合，冲击效果好，随后，由于板材已经发生了塑性变形并与约束层之间产生了较大的空隙，等离子的爆炸不再受到约束层的有效限制，此时激光冲击效果较差。而采用本发明的技术方案，在最关键的形成铆接用的互锁结构时，板材与透明凸模之间紧密贴合，透明凸模起到约束层的作用，大大增强了激光冲击效果。

5)适用范围广。本发明技术方案中的透明凸模可以采用多种形状，配合相应形状的凹模，可以直接获得多种形状的铆接结构；

附图说明

图1是透明凸模下压前的剖面示意图；

图2是透明凸模下压后的剖面示意图；

图3是激光冲击时的剖面示意图；

图4是铆接完成后的剖面示意图；

图5是板材激光冲击铆接系统示意图；

图6是板材激光冲击铆接系统中的模具系统剖面示意图；

其中，1、上模，2、上层板材，3、下层板材，4、下模，5、工作台，6、能量吸收层，7、压力机，8、模具系统，9、激光器，10、控制装置，11、上模板，12、涂层腔室，13、下模板，14、导向夹持机构，15、模柄。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1至图4所示，一种板材激光冲击铆接模具，包括上模1和下模4，所述上模1为凸模，上模1的下表面构成对板材的下压面，且上模1的材质为透明的；上模1的下端侧面覆盖有能量吸收层6，能量吸收层6中的物质在激光照射时，电离形成等离子体；下模4为凹模，凹模上设置有凹槽，凹槽的内部宽度大于上端开口处的宽度，且所述凹槽由相对设置的两部分组装而成；

所述上模1的下压面的宽度小于所述凹槽的上端开口处宽度。

上模4为四棱柱状结构，上模4内设置有激光束路径改变结构，该结构使激光束的方向改变至朝向所述能量吸收层6。激光束路径改变结构为反射结构，反射结构包括反射面，反射面围成棱锥形。

下模4的两部分安装在导轨上，与导轨之间活动配合，下模的两部分之间通过连接件进行连接固定，导轨安装在工作台5上。下模4为对分凹模，由两个对称设置的结构对接组装而成。下层板材3与下模4接触的区域涂覆润滑剂层。

实施例2

与实施例1的区别点在于，激光束路径改变结构为折射率改变段，折射率改变段的材料的折射率发生突变，沿激光传递的方向，通过改变材料的折射率来改变激光束的方向。分界面的上游的激光传播路径的材料为相同材料，为方便描述，此处称之为第一材料；分界面下游的激光传播路径的材料为相同材料，同样，为了方便描述，此处称之为第二材料。第一材料和第二材料之间的分界面，即折射面是四棱锥形，该四棱锥形的底面的四个边分别与上模的四个侧面重合，四棱台的顶点朝向第一材料设置。此时，原始的激光光束作为入射光线，四棱锥的四个侧面分别作为折射面，

实施例3

与实施例1的区别在于，上模1为圆柱形结构，折射率改变段的折射面围成的为圆锥状结构，圆锥的顶点朝向第一材料设置。

实施例4

与实施例1的区别在于，上模1为圆柱形结构，上模1内不设置改变光路的结构，激光束直接穿过透明凸模，能量吸收层涂覆在上模1的下表面上。等离子体在上模1的下表面与板材间的狭小缝隙内生成并爆炸，所产生的横向冲击力将凸起进一步成形为铆扣形。

实施例5

一种板材激光冲击铆接系统，其结构如图5所示，包括控制装置10、激光器9、压力机7、模具系统8，控制装置10分别与激光器9和压力机7连接，所述板材激光冲击铆接模具的上模1安装在压力机7上，下模4与上模1相对安装，激光器9通过光纤与上模1的一端连接。

其中，所述模具系统8，如图6所示，包括上模1、下模4、导向夹持机构14、上模板11、下模板13、模柄15、涂料腔室12等。

夹持导向机构14包括上模板11和导向板，上模板11和导向板之间通过弹簧连接，上模板11的上表面上设置有模柄15，所述导向板上设置有通孔，上模1的上端固定在上模板11的下表面上，上模1的下端插入导向板的通孔里，上模1的外壁与通孔的内壁贴合设置。

所述控制装置10可以控制压力机7和模具系统8的运行状态，也可以控制激光器9的运行；所述激光器9可以生成需要的脉冲激光；所述压力机7用于安装模具系统8，提供模具系统8运行所需要的动力，通过控制压力机7带动模具系统8；所述模具系统8中的上模1将板材压入下模4的凹槽中，形成筒状凸起，激光通过上模1照射能量吸收层，形成爆炸等离子体，筒状凸起在爆炸等离子体的冲击和凹槽的约束下，形成铆接结构。

本装置的具体实施方法如下：

(a)将要连接的上层板材2和下层板材3的连接部位叠放到透明上模1和对分下模4之间。

(b)控制系统10控制压力机7下压，夹紧上下两层板材，透明上模1下压，将上层板材2和下层板材3一起压入下模4中。其中上模1的外表面在下压过程中，由涂料腔室12中的涂料流经涂覆口，在上模1的外表面涂覆吸能材料，形成能量吸收层6。

(c)如图2所示，压力机7下压到位，上层板材2和下层板材3初步拉深成形为筒形凸起。

(d)如图3所示，控制系统10控制激光器9输出脉冲激光，脉冲激光通过透明上模1作用于能量吸收层6形成爆炸等离子体，在爆炸等离子体冲击筒形凸起的底部和侧壁，在冲击作用和下模4的约束下，两层板形成机械互锁结构，从而将上层板和下层板连接在一起。

(e)如图4所示，铆接完成后，控制系统10控制压力机7，透明上模1上升，对分下模4分离，板材脱离模具。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种板材激光冲击铆接模具，其特征在于：包括上模和下模，所述上模为凸模，上模的下表面构成对板材的下压面，且上模的材质为透明的；所述上模的下表面或/和下端侧面覆盖有能量吸收层，或在板材待铆接区域的上表面涂覆能量吸收层，能量吸收层中的物质在激光照射时，电离形成等离子体；

所述下模为凹模，凹模上设置有凹槽，凹槽的内部宽度大于上端开口处的宽度，且所述凹槽由相对设置的两部分组装而成；

所述上模的下压面的宽度小于所述凹槽的上端开口处宽度。

2.根据权利要求1所述的板材激光冲击铆接模具，其特征在于：所述能量吸收层涂覆在板材的待铆接区域的上表面。

3.根据权利要求1所述的板材激光冲击铆接模具，其特征在于：所述上模内设置有激光束路径改变结构，该结构使激光束的方向改变至朝向所述能量吸收层。

4.根据权利要求3所述的板材激光冲击铆接模具，其特征在于：所述激光束路径改变结构为反射结构，反射结构包括反射面，反射面围成棱锥或圆锥体。

5.根据权利要求3所述的板材激光冲击铆接模具，其特征在于：所述激光束路径改变结构为折射率改变段，折射率改变段的材料的折射率发生突变或渐变。

6.根据权利要求5所述的板材激光冲击铆接模具，其特征在于：所述折射率改变段内包括至少两种折射率不同的材料，两种材料之间的分界面相对于激光的传递方向倾斜设置。

7.根据权利要求6所述的板材激光冲击铆接模具，其特征在于：所述分界面在上模内部围成棱锥状结构或圆锥状结构。

8.根据权利要求1所述的板材激光冲击铆接模具，其特征在于：所述板材激光冲击铆接模具还包括夹持导向结构，夹持导向机构包括上模板和导向板，上模板和导向板之间通过弹性元件连接，上模板的上表面设置有模柄，所述导向板上设置有通孔，所述上模的上端固定在上模板的下表面，上模的下端插入导向板的通孔里，上模的外壁与通孔的内壁贴合设置。

9.根据权利要求8所述的板材激光冲击铆接模具，其特征在于：所述导向板中设置有涂料腔室，导向板的通孔的内壁设置有涂覆口，所述涂料腔室与涂覆口连通。

10.根据权利要求9所述的板材激光冲击铆接模具，其特征在于：涂覆腔室的最低位置应该高于涂覆口的位置，或与涂覆口的位置平齐，涂覆腔室的最低位置与涂覆口连通。

11.根据权利要求9所述的板材激光冲击铆接模具，其特征在于：涂覆腔室的底部为弧度结构，且弧度结构的位于出料口的一端的位置最低。

12.一种板材激光冲击铆接系统，其特征在于：包括控制装置、激光器、压力机和权利要求1-11任一所述板材激光冲击铆接模具，控制装置分别与激光器和压力机连接，所述板材激光冲击铆接模具的上模安装在压力机上，下模与上模相对安装，激光器通过光路与上模的一端连接。

13.权利要求12所述的板材激光冲击铆接系统的板材激光冲击铆接方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将下模进行组装固定，形成凹槽；

2)在凹槽的上表面叠放待铆接板材，使板材的待铆接区域与凹槽的开口相对设置；

3)调整上模的位置，使上模与凹槽的开口相对设置；

4)对上模施加压力，使上模向下模运动，上模使板材产生拉深成形，使板材在凹槽内形成凸起；

5)打开激光器，激光束在上模的内部传递，激光照射在预涂在上模端部的能量吸收层或预涂在板材待铆接区域的能量吸收层，能量吸收层中的物质激发产生等离子体，等离子体在板材与上模壁之间的狭小空间内迅速聚集并爆炸，产生冲击力，将板材上形成的凸起进一步拉伸，在凹槽的约束作用下，形成铆接结构；

6)将下模进行拆卸，将铆接好的板材从凹槽中取出。