专利名称：利用激光空化微射流冲压成型微细零件的装置及方法
技术领域：
本发明涉及微细零件冲压成型技术领域，具体涉及一种利用激光空化微射流冲压成型微细零件的装置及方法。
背景技术：
机械微冲压技术采用微冲头直接冲压成型微细零件，其中，微冲头可采用线电极磨削(WEDG)、LIGA或复合加工技术制成。为保证冲头与冲模的装配精度，冲模往往利用制好的冲头反拷成形，且冲头与冲模的加工在一次装夹中完成。目前，通过采用WEDG技术制作出的冲压工具，已经成功地冲压出了直径小至25 μ m的微孔。然而，现有的微冲压技术仍然存在很多技术难点一是冲头的制作效率较低，成本较高；二是冲头、冲模易损坏，特别是由于冲头的尺寸小、强度低，轻微的扰动都可能造成其失效；三是冲床的精度要求高，冲头、冲模的定位以及运动控制与环境控制决定了冲床应具有较高的精度。由于激光微塑成型技术可加工的材料范围广，对加工工具的要求较低，且可加工任意复杂的三维形状，而得到了广泛的应用。激光微塑成型技术分为激光热成型技术和激光冲击成型技术。激光热成型技术是利用温度梯度使金属板料发生变形的加工技术；激光冲击成型技术是利用激光照射板材时产生的等离子体爆轰波致使板材发生塑性变形，使工件薄膜在与放置在工件下方的微模具相互作用的同时实现微成型的技术。在加工过程中， 为实现激光冲击成型，需要在工件表面覆盖一层牺牲材料，以产生等离子体冲击波，同时该牺牲材料可以吸收热量，防止工件被蚀除。然而，在现有的激光微冲击成型过程中，由于工件表面的牺牲层较易被蚀除，造成工件被蚀除，同时冲压的深度和冲压精度也会因此受到一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种利用激光空化微射流冲压成型微细零件的装置。本发明是一种全新的激光诱导空化微成型技术，可用于微细零件的快速冲压成型。本发明的目的是通过以下方案来实现的一种利用激光空化微射流冲压成型微细零件的装置，包括内装有液体的容器、导引器、凹形模具、透镜组和激光器，所述导引器、所述凹形模具均位于所述容器的液体中，所述导引器位于所述凹形模具的上方，所述导引器的中部具有纵向的引导通孔，所述凹形模具具有用于成型工件的凹入部，所述引导通孔正对所述凹形模具的凹入部，所述凹形模具与所述导引器之间设置有用于容置待加工工件的横向槽，所述透镜组设置于所述容器的液体上方，所述激光器位于所述透镜组的上方。所述导引器与所述凹形模具一体成型。所述引导通孔的横截面的形状为圆形、方形或三角形。本发明的另一目的在于克服现有技术中的不足，提供一种利用激光空化微射流冲压成型微细零件的方法。本发明的另一目的是通过以下方案来实现的1)将工件置于导引器与凹形模具之间的横向槽中，导引器中部的导引孔正对工件的待加工处；2)将所述导引器、所述凹形模具、所述工件置于液体中；3)使激光束通过透镜组在所述导引器的导引孔中聚焦，在焦点处诱导液体产生空化效应；4)空化效应引发指向所述工件的高速微射流，并同时产生高强度的微冲击波；5)高速微射流和高强度的微冲击波经过所述导引器的引导，精确冲压于所述工件的待加工处，使工件产生塑性变形，通过凹形模具实现冲压成型。在高速微射流作用于工件表面材料之前，使激光束通过透镜组聚焦于工件的待加工处，对工件的待加工处进行预加热。本发明的优点在于相比现有技术中的机械微冲压技术，本发明采用激光诱导空化微射流技术，激光束不直接作用于工件，利用激光诱导空化效应产生的微射流和冲击波对工件进行冲压成型，在该过程中，激光束间接作用于工件，工件的形状和加工精度由凹形模具保证，在加工过程中，不用在工件的表面涂覆牺牲层，本发明不会受到牺牲层的限制， 可实现多次冲压成型，工件的冲压深度和精度也都可得到较大提高，还有效提高了加工效率。
图1为本发明的利用激光空化微射流冲压成型微细零件的装置的结构示意图；在图中l-工件；2-导引器；3-凹形模具；4-激光束；5-空泡；6-引导通孔；7-透镜组；8-容器；9-液体。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。如图1所示，一种利用激光空化微射流冲压成型微细零件的装置，包括内装有液体9的容器8、导引器2、凹形模具3、透镜组7和激光器，导引器2、凹形模具3均位于容器 8的液体9中，导引器2位于凹形模具3的上方，导引器2的中部具有纵向的引导通孔6，凹形模具3具有用于成型工件1的凹入部，引导通孔6正对凹形模具3的凹入部，凹形模具3 与导引器2之间设置有用于容置待加工工件1的横向槽，透镜组7设置于容器8的液体9 上方，激光器位于透镜组7的上方。在本发明中，导引器2与凹形模具3设计为一体式结构，该结构可以最大限度地保证定位精度，并可减少每次工件1装夹中的调整时间。引导通孔6的横截面的形状可以为圆形、方形或三角形，根据加工过程的具体情况来选择引导通孔6的横截面的形状。本发明的另一目的在于克服现有技术中的不足，提供一种利用激光空化微射流冲压成型微细零件的方法。本发明的另一目的是通过以下方案来实现的1)将工件1置于导引器2与凹形模具3之间的横向槽中，导引器2中部的导引孔正对工件1的待加工处；2)将导引器2、凹形模具3、工件1置于液体9中；3)使激光束4通过透镜组7在导引器2的导引孔中聚焦，在焦点处诱导液体9产生空泡5 ；4)空泡5溃灭引发指向工件1的高速微射流，并同时产生高强度的微冲击波；5)高速微射流和高强度的微冲击波经过导引器2的引导，精确冲压于工件1的待加工处，使工件1产生塑性变形，通过凹形模具3实现冲压成型。其中，在高速微射流作用于工件1表面材料之前，使激光束4通过透镜组7聚焦于工件1的待加工处，对工件1的待加工处进行预加热，进行热冲压，以提高冲压的效率和精度。最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换， 均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
权利要求
1.一种利用激光空化微射流冲压成型微细零件的装置，其特征在于所述利用激光空化微射流冲压成型微细零件的装置包括内装有液体的容器、导引器、凹形模具、透镜组和激光器，所述导引器、所述凹形模具均位于所述容器的液体中，所述导引器位于所述凹形模具的上方，所述导引器的中部具有纵向的引导通孔，所述凹形模具具有用于成型工件的凹入部，所述引导通孔正对所述凹形模具的凹入部，所述凹形模具与所述导引器之间设置有用于容置待加工工件的横向槽，所述透镜组设置于所述容器的液体上方，所述激光器位于所述透镜组的上方。
2.按照权利要求1所述的利用激光空化微射流冲压成型微细零件的方法，其特征在于所述导引器与所述凹形模具一体成型。
3.按照权利要求1或2所述的利用激光空化微射流冲压成型微细零件的方法，其特征在于所述引导通孔的横截面的形状为圆形、方形或三角形。
4.一种利用激光空化微射流冲压成型微细零件的方法，其特征在于包括以下步骤1)将工件置于导引器与凹形模具之间的横向槽中，导引器中部的导引孔正对工件的待加工处；2)将所述导引器、所述凹形模具、所述工件置于液体中；3)使激光束通过透镜组在所述导引器的导引孔中聚焦，在焦点处诱导液体产生空化效应；4)空化效应引发指向所述工件的高速微射流，并同时产生高强度的微冲击波；5)高速微射流和高强度的微冲击波经过所述导引器的引导，精确冲压于所述工件的待加工处，使工件产生塑性变形，通过凹形模具实现冲压成型。
5.按照权利要求4所述的利用激光空化微射流冲压成型微细零件的方法，其特征在于在高速微射流作用于工件表面材料之前，使激光束通过透镜组聚焦于工件的待加工处， 对工件的待加工处进行预加热。
全文摘要
一种利用激光空化微射流冲压成型微细零件的装置及方法，其中，装置由内装有液体的容器、导引器、凹形模具、透镜组和激光器构成。方法包括以下步骤1)将工件置于导引器与凹形模具之间的横向槽中，导引器中部的导引孔正对工件的待加工处；2)将所述导引器、所述凹形模具、所述工件置于液体中；3)使激光束通过透镜组在所述导引器的导引孔中聚焦，在焦点处诱导液体产生空化效应；4)空化效应引发指向所述工件的高速微射流，并同时产生高强度的微冲击波；5)高速微射流和高强度的微冲击波经过所述导引器的引导，精确冲压于所述工件的待加工处，使工件产生塑性变形，通过凹形模具实现冲压成型。本发明可使工件的冲压深度和精度都得到较大提高。
文档编号B23K26/42GK102248292SQ20111017360
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者刘国跃, 张永俊, 郭钟宁, 黄志刚 申请人:广东工业大学