一種激光沖擊微沖裁裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微制造領(lǐng)域，具體地是指一種激光沖擊微沖裁裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微機電系統(tǒng)的飛速發(fā)展，對微零件的需求量也越來越大；當(dāng)前，面向MEMS系統(tǒng)的加工技術(shù)主要有LIGA、光刻、刻蝕、微擠壓、微壓印、微鈑金、微拉深、微沖壓、微鍛、微軋制和微無模成形工藝，這些工藝受到加工效率低、成本高、污染環(huán)境等問題的限制。
[0003]近年來，隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展，激光技術(shù)開始廣泛應(yīng)用在微零件的制造，利用高功率脈沖激光與材料相互作用產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)，在材料加工領(lǐng)域受到了人們越來越多的關(guān)注，在微零件的制備方面得到了廣泛的應(yīng)用；中國專利ZL201010505869.3和ZL201010505882.9提出了一種利用激光沖擊波加載飛片，使飛片獲得一個動能撞擊工件實現(xiàn)工件的微成形，該方法中飛片由于受到高能量的激光沖擊波的作用，將產(chǎn)生嚴重塑性變形，嚴重塑性變形的飛片撞擊工件表面，使獲得的微成形工件不平整；由于飛片在空氣中飛行，將會有很大的動量損失，從而大幅度降低成形效果；此外，采用飛片撞擊的方法無法實現(xiàn)零件的切斷；中國專利ZL201110239514.9提出了一種基于激光沖擊波效應(yīng)的微沖裁和成形方法，該方法采用先切斷后成形的方法，在進行切斷時，工件下部是空氣，由于激光沖擊波在作用區(qū)域內(nèi)不可能是均勻的，工件將產(chǎn)生不規(guī)則變形，影響工件的成形精度；由于激光沖擊波同時作用于毛胚和工件，因此無法對沖裁間隙進行控制，從而影響工件的尺寸精度和斷面質(zhì)量；此外，工件在激光沖擊波作用下在進行切斷和成形時，激光沖擊波透過工件后作用在剪切模上，剪切模的刃口在沖擊波作用下將產(chǎn)生塑性變形，影響模具的使用壽命；此外，上述三個專利都無法加工外形復(fù)雜的微零件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對以上技術(shù)的不足，提供了一種激光沖擊微沖裁裝置，在沖裁過程中，可以對薄板實現(xiàn)精確的壓邊，控制沖裁間隙，獲得大批量、外形復(fù)雜、高尺寸精度、高斷口質(zhì)量的微零件。
[0005]本發(fā)明的一種激光微沖裁裝置，在下模的上端面依次覆蓋金屬薄膜、吸收層、約束層和掩膜，掩膜正對下模，并通過夾具系統(tǒng)保證相對位置；激光束的一部分激光能量被掩膜反射，另一部分能量透過約束層輻照到吸收層上表面。
[0006]所述的激光束為聚焦后的脈沖激光束，其光源為釹玻璃-YAG激光器，脈寬為10-100nS，脈沖能量為0.1-1J，激光束的直徑大于掩膜徑向的最大尺寸。
[0007]所述的掩膜的材質(zhì)為銅，厚度為0.5mm。
[0008]所述的約束層的材質(zhì)為透明樹脂或者光學(xué)玻璃，厚度為0.8~lmm。
[0009]所述的吸收層的材質(zhì)為鋁箔或者黑漆，厚度為50~150 μπι?
[0010]所述的金屬薄膜的厚度為20 μηι-100μηι。
[0011]所述的下t旲的材質(zhì)為尚強尚硬鋼，如Τ7，20Cr，40r等t旲具鋼。
[0012]所述掩膜的外形與下模的外形相似；掩膜的尺寸比下模的尺寸大4-15 μπι。
[0013]本發(fā)明的原理為:高能脈沖激光的一部分輻照在掩膜的表面被反射，另一部分透過約束層，形成特定形狀的激光光斑輻照在吸收層表面，吸收層吸收激光能量在約束層的約束下產(chǎn)生等離子爆炸，形成沖擊波，在該具有特定輪廓沖擊波和下模的作用下，金屬薄膜被掩膜掩蓋的部分保留下來，外圍部分被修剪掉，獲得一個具有特定形狀的平整的微零件。
[0014]實施本發(fā)明的有益效果為:掩膜的外形與下模的外形相似，可以獲得形狀精確的壓緊力，提高切口質(zhì)量，并獲得特定輪廓的激光沖擊波；掩膜的尺寸比下模的尺寸大4-15μ m，通過控制掩膜的尺寸，可以控制沖擊波與下模的沖裁間隙，從而控制切口質(zhì)量；掩膜的材質(zhì)為銅，可以反射激光能量，多次重復(fù)利用掩膜，提高掩膜的使用壽命；由于掩膜的掩蓋，下模不受到?jīng)_擊波作用，可以提高下模的使用壽命，且金屬薄膜沒有受到激光沖擊波的作用，不會因為產(chǎn)生殘余應(yīng)力而發(fā)生宏觀變形；最終可以獲得大批量、外形復(fù)雜、斷口質(zhì)量良好、尺寸精確的微沖裁零件。
【附圖說明】
[0015]圖1:激光沖擊微沖裁裝置示意圖。
[0016]圖中包括，I激光束、2掩膜、3約束層、4吸收層、5金屬薄膜、6下模。
【具體實施方式】
[0017]為更好的闡述本發(fā)明的實施細節(jié)，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種激光沖擊微沖裁裝置進行詳細說明。
[0018]本發(fā)明的一種激光微沖裁裝置，包括激光束1、掩膜2、約束層3、吸收層4、金屬薄膜5、下模6，具體動作過程如下:高能脈沖激光束I的一部分輻照在掩膜2的上表面被反射，另一部分透過約束層3，形成特定形狀的激光光斑輻照在吸收層4的上表面，吸收層4吸收激光能量在約束層3的約束下產(chǎn)生等離子爆炸，形成沖擊波，在該具有特定輪廓沖擊波和下模6的作用下，金屬薄膜5被掩膜2掩蓋的部分保留下來，外圍部分被修剪掉，獲得一個具有特定形狀的平整的微零件。
[0019]實施實例一:
本實例中所述的激光束I脈寬為10ns，最高脈沖能量0.2J，聚焦后光斑直徑為150 μ m ;掩膜2的材質(zhì)為銅，厚度為0.5mm，形狀為直徑為84 μ m的圓；約束層3為光學(xué)玻璃，厚度為0.8mm ;吸收層4為厚度為50 μ m的鋁箔；金屬薄膜5為厚度為100 μ m的A304不銹鋼薄膜；下模6的材質(zhì)為T7模具鋼，形狀為直徑為80 μ m的圓柱體。
[0020]采用本發(fā)明的一種激光微沖裁裝置后，成功地在制備出了大批量高尺寸精度的直徑為80 μm，高度為100 μπι的Α304不銹鋼微圓柱。
[0021]實施實例二:
本實例中所述的激光束I脈寬為10ns，最高脈沖能量0.3J，聚焦后光斑直徑為180 μ m ;掩膜2的材質(zhì)為銅，厚度為0.5mm，形狀為邊長為92 μπι的等邊三角形；約束層3為透明樹月旨，厚度為0.8mm;吸收層4為厚度為10ym的黑漆；金屬薄膜5為厚度為10ym的H62黃銅；下模6的材質(zhì)為40Cr模具鋼，形狀為邊長為80 μ m的三棱柱。
[0022]采用本發(fā)明的一種激光微沖裁裝置后，成功地在制備出了大批量高尺寸精度的直徑為80 μ m，高度為100 μ m的Η62黃銅微三棱柱。
[0023]實施實例三:
本實例中所述的激光束I脈寬為20ns，最高脈沖能量0.8J，聚焦后光斑直徑為200 μ m ;掩膜2的材質(zhì)為銅，厚度為0.5mm，形狀為微齒輪，分度圓直徑為75 μ m，齒數(shù)為10，模數(shù)為7.5 ;約束層3為透明樹脂，厚度為Imm ;吸收層4為厚度為100 μ m的黑漆；金屬薄膜5為厚度為80 μπι的45鋼；下模6的材質(zhì)為20Cr模具鋼，形狀為微齒輪，其分度圓直徑為60 μm，齒數(shù)為10，模數(shù)為6。
[0024]采用本發(fā)明的一種激光微沖裁裝置后，成功地在制備出了大批量高尺寸精度的分度圓直徑為60 μ m，齒數(shù)為10，模數(shù)為6，高度為80 μ m的45鋼微齒輪。
【主權(quán)項】
1.一種激光沖擊微沖裁裝置，其特征在于:在下模的上端面依次覆蓋金屬薄膜、吸收層、約束層和掩膜，掩膜正對下模，并通過夾具系統(tǒng)保證相對位置；所述掩膜的外形與下模的外形相似；掩膜的尺寸比下模的尺寸大4-15 μm ;高能脈沖激光的一部分輻照在掩膜的表面被反射，另一部分透過約束層，形成特定形狀的激光光斑輻照在吸收層表面，吸收層吸收激光能量在約束層的約束下產(chǎn)生等離子爆炸，形成沖擊波，在該具有特定輪廓沖擊波和下模的作用下，金屬薄膜被掩膜掩蓋的部分保留下來，外圍部分被修剪掉，獲得一個具有特定形狀的平整的微零件。
2.如權(quán)利要求1所述的一種激光沖擊微沖裁裝置，其特征在于:所述的激光束為聚焦后的脈沖激光束，其光源為釹玻璃-YAG激光器，脈寬為1-1OOns，脈沖能量為0.1-1J，激光束的直徑大于掩膜徑向的最大尺寸。
3.如權(quán)利要求1所述的一種激光沖擊微沖裁裝置，其特征在于:所述的掩膜的材質(zhì)為銅，厚度為0.5mm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種激光沖擊微沖裁裝置，其特征在于:所述約束層的材質(zhì)為透明樹脂或者光學(xué)玻璃，厚度為0.8~lmm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種激光沖擊微沖裁裝置，其特征在于:所述吸收層的材質(zhì)為鋁箔或者黑漆，厚度為50~150 ymo
6.如權(quán)利要求1所述的一種激光沖擊微沖裁裝置，其特征在于:所述的金屬薄膜的厚度為 20 μπι -100 μπ?ο
7.如權(quán)利要求1所述的一種激光沖擊微沖裁裝置，其特征在于:所述下模的材質(zhì)為高強尚硬鋼。
8.如權(quán)利要求7所述的一種激光沖擊微沖裁裝置，其特征在于:所述高強高硬鋼為Τ7，20Cr或40r模具鋼。
【專利摘要】本發(fā)明涉及微制造領(lǐng)域，具體地是指一種激光沖擊微沖裁裝置。其特征在于：在下模的上端面依次覆蓋金屬薄膜、吸收層、約束層和掩膜，掩膜正對下模，并通過夾具系統(tǒng)保證相對位置；所述掩膜的外形與下模的外形相似；掩膜的尺寸比下模的尺寸大4-15 μm；高能脈沖激光的一部分輻照在掩膜的表面被反射，另一部分透過約束層，形成特定形狀的激光光斑輻照在吸收層表面，吸收層吸收激光能量在約束層的約束下產(chǎn)生等離子爆炸，形成沖擊波，在該具有特定輪廓沖擊波和下模的作用下，金屬薄膜被掩膜掩蓋的部分保留下來，外圍部分被修剪掉，獲得一個具有特定形狀的平整的微零件。
【IPC分類】B21D26-06, B23K26-18
【公開號】CN104841751
【申請?zhí)枴緾N201510048893
【發(fā)明人】戴峰澤, 何鵬
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年1月30日