1.一种激光冲击成形阶梯状筒形件的方法,其特征在于该方法的具体步骤如下:
(1)准备工作:用丙酮清洗待成形金属薄板(21)表面,风干后在所述金属薄板(21)上表面涂覆吸收层(20),将所述金属薄板(21)放置在凹模(23)上,所述金属薄板(21)下表面与所述凹模(23)上表面贴合,用压边圈(22)和螺钉(18)将所述金属薄板(21)固定在所述凹模(23)上;利用机械臂(17)固定所述凹模(23),通过计算机(1)使控制器(2)发出指令,控制所述机械臂(17)移动和转动到指定位置,然后调整喷嘴(14)的位置,使去离子水(6)能够喷淋到所述吸收层(20)的表面;
(2)第一步成形:通过所述计算机(1)使所述控制器(2)发出指令使储液罐阀门(8)打开,使所述去离子水(6)通过三通接头(12)、接管(13)和所述喷嘴(14)喷淋到所述吸收层(20)表面形成约束层(19);随后,所述控制器(2)发出指令使激光器(3)发射脉冲激光束(4),所述脉冲激光束(4)经过全反镜(5)反射到达凸透镜(15),随后所述脉冲激光束(4)通过所述凸透镜(15)后会聚,再穿过所述约束层(19)辐照在所述吸收层(20)上,所述吸收层(20)迅速气化、电离,形成高压等离子体,高压等离子体膨胀后形成激光冲击波,激光冲击波作用于所述金属薄板(21)上,所述金属薄板(21)获得动能和冲量后产生变形并与所述凹模(23)贴合,得到筒形的初步成形件;
(3)第二步成形:将大螺柱(24)调整到预定位置,形成具有一阶台阶的凹模(23);通过所述计算机(1)使所述控制器(2)发出指令调整所述机械臂(17)的位置,以调节光斑的大小,使光斑的直径等于所述大螺柱(24)的螺纹小径;所述控制器(2)发出指令打开存储箱阀门(11),并控制所述存储箱阀门(11)阀口的开度,使通过所述存储箱阀门(11)阀口的碳颗粒(9)的体积与所述去离子水(6)的体积比为1:20,所述去离子水(6)和所述碳颗粒(9)在通过所述三通接头(12)、所述接管(13)和所述喷嘴(14)后充分混合并喷淋到步骤(2)得到的所述初步成形件上;所述控制器(2)发出指令控制所述激光器(3)发出所述脉冲激光束(4),所述脉冲激光束(4)经过所述全反镜(5)反射到达所述凸透镜(15),随后所述脉冲激光束(4)通过所述凸透镜(15)后会聚,辐照在悬浮的所述碳颗粒(9)和所述吸收层(20)上,所述碳颗粒(9)和所述吸收层(20)吸收所述脉冲激光束(4)的能量后迅速气化、电离形成高压等离子体,所述高压等离子体的轴向膨胀形成作用力方向平行于光轴的纵向激光冲击波,同时悬浮的所述碳颗粒(9)吸收所述脉冲激光束(4)的能量后形成向四周传播的侧向激光冲击波,所述纵向激光冲击波作用在所述金属薄板(21)的所述初步成形件的端面上,使所述金属薄板(21)沿着深度方向发生第二次变形,侧向冲击波作用在所述金属薄板(21)的所述初步成形件的圆周面上,使所述金属薄板(21)第二次变形后的圆周面依然贴合在所述凹模(23)模腔的壁面并填充圆角,所述金属薄板(21)成形为深度较深及带有一阶台阶的筒形件;
(4)第三步成形:将小螺柱(25)调整至最终位置,形成具有两个台阶的凹模(23);通过所述计算机(1)使所述控制器(2)发出指令调整所述机械臂(17)的位置,使光斑的直径等于所述小螺柱(25)的螺纹小径;所述控制器(2)发出指令控制所述激光器(3)发出所述脉冲激光束(4),所述脉冲激光束(4)经过所述全反镜(5)反射到达所述凸透镜(15),随后所述脉冲激光束(4)通过所述凸透镜(15)后会聚,辐照在悬浮的所述碳颗粒(9)和所述吸收层(20)上,所述碳颗粒(9)和所述吸收层(20)吸收所述脉冲激光束(4)的能量后迅速气化、电离形成高压等离子体,所述高压等离子体轴向膨胀形成作用力方向平行于光轴的纵向激光冲击波,同时悬浮的所述碳颗粒(9)吸收所述脉冲激光束(4)的能量后形成向四周传播的侧向冲击波,所述纵向激光冲击波作用在步骤(3)得到的所述深度较深及带有一阶台阶的筒形件的端面上,使所述金属薄板(21)再次沿着深度方向发生第三次变形,所述侧向冲击波作用在所述深度较深及带有一阶台阶的筒形件的圆周面上,使所述金属薄板(21)第三次成形后的圆周面依然贴合在所述凹模(23)模腔的壁面并填充圆角,所述金属薄板(21)最终成形为深度较深及带有二阶台阶的筒形件;
(5)最后,所述计算机(1)使所述控制器(2)发出指令,关闭所述激光器(3),关闭所述存储箱阀门(11),关闭所述储液罐阀门(8);从所述机械臂(17)取下所述凹模(23),松开所述螺钉(18),取出所述金属薄板(21)冲击后的成形件,去除成形件表面剩余的所述吸收层(20),清洗干净并晾干后得到最终成形件。
2.一种激光冲击成形阶梯状筒形件的装置,其特征在于该装置包括激光加载系统、模具成形系统、混合液系统及控制系统;所述激光加载系统包括激光器(3)、脉冲激光束(4)、全反镜(5)及凸透镜(15),所述激光器(3)发射所述脉冲激光束(4),所述脉冲激光束(4)被所述全反镜(5)反射后到达所述凸透镜(15)表面,再透过所述凸透镜(15)后会聚为一个圆形光斑辐照在约束层(19)和吸收层(20)上,所述脉冲激光束(4)垂直于所述吸收层(20)加载;所述模具成形系统包括凹模(23)、压边圈(22)、金属薄板(21)、吸收层(20)、约束层(19)、螺钉(18)、小螺柱(25)、大螺柱(24)、小螺母(27)、大螺母(26)及机械臂(17),所述凹模(23)与所述大螺柱(24)通过螺纹联接,所述大螺柱(24)内嵌套一个所述小螺柱(25),所述大螺柱(24)与所述小螺柱(25)之间通过螺纹联接,通过调节所述大螺柱(24)和所述小螺柱(25)的位置改变所述凹模(23)模腔的形状;所述凹模(23)被夹持在所述机械臂(17)上,所述金属薄板(21)放置在所述凹模(23)上,所述金属薄板(21)正对所述脉冲激光束(4)的一侧涂覆所述吸收层(20),利用所述螺钉(18)和所述压边圈(22)将所述吸收层(20)和所述金属薄板(21)固定在所述凹模(23)上,所述约束层(19)是通过喷嘴(14)向所述吸收层(20)喷射去离子水形成的;所述混合液系统包括储液罐(7)、去离子水(6)、存储箱(10)、碳颗粒(9)、储液罐阀门(8)、存储箱阀门(11)、三通接头(12)、接管(13)、喷嘴(14)及回收箱(16),所述储液罐(7)用来存储所述去离子水(6),所述存储箱(10)用来存储所述碳颗粒(9),所述碳颗粒(9)的粒度为纳米级,所述碳颗粒(9)与所述去离子水(6)在通过所述三通接头(12)后充分均匀混合,所述接管(13)连接所述储液罐阀门(8)、所述存储箱阀门(11)、所述三通接头(12)及所述喷嘴(14),所述回收箱(16)用来回收使用过的混合液;所述控制系统包括计算机(1)和控制器(2),所述计算机(1)向所述控制器(2)发送信号,所述控制器(2)接收信号后发出指令控制所述激光器(3)的通电和断电,控制所述激光器(3)发出的所述脉冲激光束(4)的频率、能量、波长;所述控制器(2)接收信号后发出指令控制所述机械臂(17)的位置;所述控制器(2)发出的指令控制所述储液罐阀门(8)、所述存储箱阀门(11)的开合及开度,控制所述碳颗粒(9)与所述去离子水(6)的混合体积比例为1:20。