CN108838516A - 一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具 - Google Patents

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李东来
刘纯国
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    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
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Abstract

本发明是一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具。它由导轨基座、直线导轨、纵梁、多个冲头和压板组成。直线导轨装在导轨基座上，直线导轨通过结头滑块和纵梁连接，纵梁上安装有高度可由计算机数控调整的冲头及固定零件的压板。每个冲头均配有一体化数控驱动减速电机，电机转动驱动丝杠，实现冲头体在轴向的高度调整，并能在任意位置锁定。

Description

一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具
技术领域
本发明属于机械制造技术领域，具体的说是一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具。
背景技术
在目前板金零件的成形方法中，机械喷丸成形因其独特的优点已成为一种十分重要的成形技术。作为一种更新颖的成形技术——激光喷丸成形，，相较于机械喷丸，激光喷丸在保持原有优点的基础上，有更突出的优势，主要表现在：激光喷丸成形后，在板料厚向上产生的残余应力深度是机械喷丸的5-10倍，同时激光喷丸能成形的最大曲率是机械喷丸的3-8倍。更深的残余应力层极大地提高了材料的抗疲劳性能，同时更大的成形极限更能满足大曲率板金零件的生产需求。
激光喷丸的过程可以简述为：向覆盖有吸收层和约束层的金属表面发射高能量激光脉冲，当功率密度达到数个GW·cm-2的激光脉冲通过透明的约束层撞击材料表面时，吸收层受热蒸发并形成等离子体，等离子体继续强烈吸收激光能量直至能量沉积结束。迅速膨胀的高压等离子体被约束在材料和透明约束层之间，由此产生高的表面压力，表面压力以冲击波的形式传播到材料内部中，当冲击波的压力超过材料的动态屈服强度时，会在材料的近表面产生塑性变形。
虽然激光喷丸优势突出，但作为一种全新的工艺，目前激光喷丸还主要应用于金属的表面处理，而成形技术还不够完善，主要是由于激光喷丸成形虽然较于机械喷丸能成形出更大地曲率，但激光自由喷丸容易造成板料的球面变形，仍难以满足飞机制造领域对复杂曲率的生产需求。目前机械喷丸成形中均有与其尺寸相对应的预弯夹具，但激光喷丸成形缺鲜有报道，且常用的预弯夹具存在以下不足：一、夹具的施力机构不满足通用性，一套施力机构往往只限于一种壁板零件；二、预应力施力点较少，预应力分布不均，预弯效果不佳。
发明内容
本发明提供了一种可由计算机控制多个施力点，针对不同尺寸，任意曲率的壁板类零件具有通用性的柔性预应力的多点主动加载的预应力激光喷丸夹具，克服了上述不足。
本发明技术方案结合附图说明如下：
一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具，该夹具包括导轨基座1、直线导轨2、接头滑块3、纵梁4、多点冲头系统6、缓冲板10、约束层8及压板7。所述的直线导轨2安装在导轨基座1上；所述的纵梁4通过接头滑块3与直线导轨2连接，所述的接头滑块3与直线导轨2滑动配合；所述纵梁上开设容置槽5和螺纹槽11，所述容置槽5内装有多套多点冲头系统6，用以施加预应力；所述的多点冲头系统6可由计算机控制，实现在竖直方向移动并可以在任意位置的定位；所述缓冲板10放置在多点冲头6上方，其材料为聚氨酯；所述约束层8放置在待零件之上，用于约束激光产生的高压等离子体；所述的两个或多个压板7通过螺钉与纵梁螺纹槽11连接，用于固定约束层8，待成形零件9及缓冲板10。
附图说明
图1是多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具结构示意图。
图中：1、导轨基座；2、直线导轨；3、接头滑块；4、纵梁；5、容置槽；6、多点冲头系统；7、压板；8、约束层；9、待成形零件；10、缓冲板；11、螺纹槽。
具体实施方式
参阅图1，一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具，该夹具包括导轨基座1、直线导轨2、接头滑块3、纵梁4、多点冲头系统6、缓冲板10、约束层8及压板7。所述的直线导轨2安装在导轨基座1上；所述的纵梁4通过接头滑块3与直线导轨2连接，所述的接头滑块3与直线导轨2滑动配合，可以根据待成形零件9大小，调整纵梁4在直线导轨2的左右位置，所述纵梁4数量可以为多个，具体应由待成形零件9尺寸而定；所述纵梁4上开设容置槽5和螺纹槽11，所述容置槽5内装有多套多点冲头系统6，多点冲头系统6是主要施力装置；所述的多点冲头系统6可由计算机控制，实现在竖直方向移动并可以在任意位置的定位；所述缓冲板10放置在多点冲头6上方，其材料为聚氨酯，主要用于减轻多点冲头的施加预应力过程中的应力集中现象；所述约束层8放置在待成形零件9之上，该约束层为透明的玻璃，透明材料不会损伤激光能量，约束层的作用为束缚激光产生的高压等离子体，使高压等离子体作用于待成形零件9，同时高压等离子体的高压可能损坏透明约束层，因此约束层8的厚度需要根据待成形零件9的厚度而定，待成形零件9的厚度越大，所需成形压力越大，约束层8厚度应越大，若透明约束层出现损坏，可拆卸压板7，更换约束层8；所述的两个或多个压板7通过螺钉与纵梁上的螺纹槽11连接，用于固定约束层8，待成形零件9及缓冲板10。

Claims (5)

1.一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具，其特征在于，所述柔性夹具包括：
导轨基座(1)，其上放置有直线导轨(2)；
直线导轨(2)与接头滑块(3)滑动配合，直线导轨(2)通过接头滑块(3)与纵梁(4)连接，纵梁(4)可以在直线导轨(2)上移动，纵梁(4)的数量可以根据待成形零件(9)的尺寸调整。
2.根据权利要求1所述的一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具，其特征在于：所述纵梁上开设容置槽(5)和螺纹槽(11)，所述容置槽(5)内装有多套多点冲头系统(6)，用以施加预应力，螺纹槽(11)与压板(7)配合，在激光喷丸成形中起固定作用。
3.根据权利要求2所述的一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具，其特征在于：所述多点冲头系统上放置一个缓冲板(10)，其材料为聚氨酯的弹性垫，缓冲板(10)的目的在于减轻多点冲头的施加预应力过程中的应力集中现象。
4.根据权利要求3所述的一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具，其特征在于：所述聚氨酯的弹性垫上放置待成形零件(9)，待成形零件零件上放置透明约束层(8)，约束层(8)的厚度需要根据待成形零件(9)的厚度而定，待成形零件(9)的厚度越大，所需成形压力越大，约束层(8)厚度应越大。
5.根据权利要求4所述的一种多点主动加载的预应力激光喷丸柔性夹具，其特征在于：所述透明约束层(8)上放置压板(7)，压板(7)数量不低于两个，压板(7)通过螺钉与纵梁螺纹槽(11)连接。
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