一种基于激光诱导空化的冲孔装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光诱导空化的冲孔装置，包括用于装夹工件的上凸模和下凹模，所述上凸模设有装水腔，所述上凸模底侧设有与所述装水腔连通的第一通孔，所述下凹模位于所述上凸模下侧且所述下凹模设有与所述第一通孔同轴线的第二通孔，还包括用于沿所述第一通孔的轴线发射入水激光的激光发射系统，所述入水激光在所述装水腔中通过激光诱导空化产生冲击波以冲裁工件实现冲孔。上述基于激光诱导空化的冲孔装置通过激光诱导空化产生的空化泡在膨胀、溃灭过程中的冲击波代替传统实体冲头，对上凸模和下凹模之间的工件进行冲孔，满足高效率、高精度、微尺度的零部件制造要求。

A Punching Device Based on Laser Induced Cavitation

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光诱导空化的冲孔装置
本专利技术涉及微纳制造
，特别涉及一种基于激光诱导空化的冲孔装置。
技术介绍
近年来，产品的精密化和微型化已成为工业制造发展的一个重要热点，为此微制造行业中迫切需要可实现高效、可靠的微型小孔加工技术，这是对微制造技术提出的全新挑战。其中，微成形技术具有工艺简单，成形零件精度高和效率高等优点，很适合于微型零件的低成本大批量制造。而能够实现大批量微细零部件冲孔制造的方法主要包括精密模具微冲孔和激光冲孔。精密模具微冲孔的模具结构复杂，尤其是加工的板材较薄时，模具间隙很难保证均匀，模具制造维修困难，零部件边缘容易产生毛刺；激光冲孔作为一种新的微制造工艺，也存在以下缺点，若使用飞秒激光器成本太高，使用纳秒激光冲孔工艺中牺牲层的补偿问题一直制约着该技术的发挥，牺牲层只能单次使用，无法进行连续加工，同时，牺牲层中的黑漆会严重影响零件的表面质量，必须后续添加去漆工序。因此，解决牺牲层补偿问题，对此提出有效的解决方法，是推动将激光技术应用于微制造领域的重要课题。因此，如何能够提供一种利用激光诱导去离子水产生的空化泡在膨胀、溃灭过程中的冲击波对材料进行冲孔并可满足高效率、高精度、微尺度的零部件的制造要求的基于激光诱导空化的冲孔装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于激光诱导空化的冲孔装置，通过激光诱导空化产生的空化泡在膨胀、溃灭过程中的冲击波代替传统实体冲头，对上凸模和下凹模之间的工件进行冲孔，满足高效率、高精度、微尺度的零部件制造要求。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于激光诱导空化的冲孔装置，包括用于装夹工件的上凸模和下凹模，所述上凸模设有装水腔，所述上凸模底侧设有与所述装水腔连通的第一通孔，所述下凹模位于所述上凸模下方且所述下凹模设有与所述第一通孔同轴线的第二通孔，还包括用于沿所述第一通孔的轴线发射入水激光的激光发射系统，所述入水激光在所述装水腔中通过激光诱导空化产生冲击波以冲裁工件实现冲孔。优选地，还包括设于所述激光发射系统与所述上凸模之间的导光系统，所述激光发射系统发射的所述入水激光经由所述导光系统改变传递方向并沿所述第一通孔的轴线射入所述装水腔。优选地，所述导光系统包括多个用于改变所述入水激光的传递方向的反射镜以及聚焦镜片，所述聚焦镜片位于所述上凸模正上方。优选地，还包括设于所述上凸模和所述下凹模外周侧的夹具，所述夹具装夹固定所述上凸模和所述下凹模。优选地，所述下凹模下侧设有与所述第二通孔连通的排水腔。优选地，所述下凹模上侧与所述上凸模下侧的截面形状相同。优选地，还包括设于激光发射系统底侧且用于支撑固定的机床工作台。优选地，所述机床工作台表面设有用于固定所述上凸模和所述下凹模的三维移动平台，所述三维移动平台带动所述上凸模和所述下凹模运动以调节工件相对所述入水激光的入射位置。优选地，还包括设置在所述机床工作台表面用于检测工件与所述入水激光对准状况的CCD机器视觉系统，所述CCD机器视觉系统与所述三维移动平台相连以实现所述三维移动平台根据工件与所述入水激光的对准状况进行反馈调节。优选地，还包括设置在所述机床工作台表面用于控制所述激光发射系统、所述三维移动平台和所述CCD机器视觉系统的集成控制柜。相对于上述
技术介绍
，本专利技术所提供的基于激光诱导空化的冲孔装置包括用于装夹工件的上凸模与下凹模，上凸模位于下凹模的上方，上凸模设有盛满水的装水腔，上凸模的底侧设有与装水腔连通的第一通孔，下凹模设有与第一通孔同轴线的第二通孔，还包括沿第一通孔的轴线向装水腔中发射入水激光的激光发射系统，该基于激光诱导空化的冲孔装置通过上凸模与下凹模以实现工件的装夹与固定，通过在上凸模设置装水腔以实现激光诱导空化所需的媒介条件，通过在上凸模设置与装水腔连通的第一通孔以实现激光诱导空化所需的冲孔条件，通过设置向装水腔中发射与第一通孔同轴线的入水激光的激光发射系统以实现激光诱导空化所需的激光条件，在该基于激光诱导空化的冲孔装置中，在微纳制造技术的基础上结合激光技术，激光发射系统射出的入水激光在装水腔中进行激光诱导空化作用，更具体地说，入水激光诱导去离子水产生的空化泡在膨胀、溃灭过程中的冲击波加载代替传统实体冲头施加冲裁力，水作为媒介以施力在工件上，实现对材料的冲孔，可满足高效率、高精度、微尺度的零部件的制造要求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的基于激光诱导空化的冲孔装置的结构示意图。其中：1-机床工作台、2-集成控制柜、3-激光发射系统、4-反射镜、6-聚焦镜片、7-CCD机器视觉系统、8-上凸模、9-夹具、10-工件、11-下凹模、12-三维移动平台。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。请参考图1，图1为本专利技术实施例提供的基于激光诱导空化的冲孔装置的结构示意图。在现有技术中，将激光技术与微纳制造技术进行结合具有广阔的应用前景，但是如何解决牺牲层的补偿问题是激光技术结合中需要考虑的问题。本专利技术的重点在于如何利用激光诱导空化的技术手段，使用能够自动补偿的水替代现有技术中的牺牲层，实现对材料的冲孔加工。在第一种具体的实施方式中，本专利技术提供的基于激光诱导空化的冲孔装置包括激光发射系统3、上凸模8和下凹模11。上凸模8和下凹模11分别设于工件10的上下两侧，下凹模11对工件10提供竖向支撑力，上凸模8于下凹模11的上方施加向下的挤压夹紧力，在上凸模8和下凹模11的装夹下实现工件10的装夹与固定。在本实施例中，上凸模8设有装水腔，装水腔的腔室中盛满水以此为激光诱导空化提供媒介环境，上凸模8的下侧设有与装水腔连通的第一通孔，下凹模11设有与第一通孔同轴线的第二通孔，第一通孔和第二通孔为激光诱导空化提供冲孔通道。除此以外，激光发射系统3向上凸模8的装水腔中发射激光，因激光的作用在于射入装水腔中故命名为入水激光，入水激光应沿第一通孔的轴线射入。在本实施例中，激光发射系统3向上凸模8的装水腔中发射入水激光，入水激光沿第一通孔的轴线进入装水腔中，在入水激光的作用下，诱导去离子水产生的空化泡在膨胀、溃灭的过程中产生冲击波，装水腔中的水作为媒介，在冲击波的施力作用下，作为媒介的水通过第一通孔的通道向工件10施加冲裁力，在激光诱导空化的冲裁力的作用下实现对材料的冲孔。需要说明的是，为了保证入水激光对于工件10具有较好的冲孔效果，第二通孔应根据不同的所需冲孔效果进行区别设置。换句话说，第一通孔作为入水激光经过激光诱导空化产生的冲击波的施力通道，保证了冲击波能够直接作用在工件10的上表面，而第二通孔作为工件10下表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光诱导空化的冲孔装置，其特征在于，包括用于装夹工件(10)的上凸模(8)和下凹模(11)，所述上凸模(8)设有装水腔，所述上凸模(8)底侧设有与所述装水腔连通的第一通孔，所述下凹模(11)位于所述上凸模(8)下方且所述下凹模(11)设有与所述第一通孔同轴线的第二通孔，还包括用于沿所述第一通孔的轴线发射入水激光的激光发射系统(3)，所述入水激光在所述装水腔中通过激光诱导空化产生冲击波以冲裁工件(10)实现冲孔。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光诱导空化的冲孔装置，其特征在于，包括用于装夹工件(10)的上凸模(8)和下凹模(11)，所述上凸模(8)设有装水腔，所述上凸模(8)底侧设有与所述装水腔连通的第一通孔，所述下凹模(11)位于所述上凸模(8)下方且所述下凹模(11)设有与所述第一通孔同轴线的第二通孔，还包括用于沿所述第一通孔的轴线发射入水激光的激光发射系统(3)，所述入水激光在所述装水腔中通过激光诱导空化产生冲击波以冲裁工件(10)实现冲孔。2.根据权利要求1所述的基于激光诱导空化的冲孔装置，其特征在于，还包括设于所述激光发射系统(3)与所述上凸模(8)之间的导光系统，所述激光发射系统(3)发射的所述入水激光经由所述导光系统改变传递方向并沿所述第一通孔的轴线射入所述装水腔。3.根据权利要求2所述的基于激光诱导空化的冲孔装置，其特征在于，所述导光系统包括多个用于改变所述入水激光的传递方向的反射镜(4)以及聚焦镜片(6)，所述聚焦镜片(6)位于所述上凸模(8)正上方。4.根据权利要求1所述的基于激光诱导空化的冲孔装置，其特征在于，还包括设于所述上凸模(8)和所述下凹模(11)外周侧的夹具(9)，所述夹具(9)装夹固定所述上凸模(8)和所述下凹模(11)。5.根据权利要求1所述的基于激光诱导空化的冲孔装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭钟宁，黄兴，王亮亮，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44