一种水下激光加工系统的液膜控制装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种水下激光加工系统的液膜控制装置及使用方法。本装置底面密封固定玻璃板的回形框位于工作台上方。回形框各外侧面有2个上、下臂成曲尺形的支撑夹，上臂铰接于回形框外侧面，同侧下臂末端连接支撑板。上臂与回形框间的扭转弹簧将支撑板抵于工作台侧面、支撑回形框。至少3个调节螺栓贯穿回形框、底端外伸。使用方法为，回形框悬于工作台上方，调节螺栓上下运动，调节玻璃板底面与工件上表面的间距、即液膜厚度，水流注入此间隙成液膜，激光穿过回形框、玻璃板和液膜聚焦于工件加工。本发明专利技术中工件上方的液膜厚度均匀不变，水流冷却工件并冲走加工产生的切屑和气泡，保证激光加工的质量和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种水下激光加工系统的液膜控制装置及使用方法
本专利技术涉及水下激光加工
，具体为一种水下激光加工系统的液膜控制装置及使用方法。
技术介绍
激光加工是近年来得到长足发展并具有广阔应用前景的特种精密加工技术。激光细小、高能的光束能满足材料加工的所有基本需求，是宏观和亚微制造的有效工具，特别适用于特种材料加工。但激光加工不可避免地存在热损伤。尽管超短激光能减少对材料的热损伤，但存在低的材料移去率和高的光子花费的缺陷。近年来，学者们在不断进行减少热损伤的激光加工方法研究，其中，传统的水下激光加工方法是个较好的选择。水下激光加工的方式之一是用水或其它液体来辅助激光加工，工件浸没于液体下，使用溢流装置使工件上的液体流动形成液膜，流动的液体将多余的热量带走。溢流装置形成的液膜保护激光加工过程中的工件，还可以带走激光加工中产生的切屑和因高温产生的气泡，从而减少了对光路的扰动、阻隔，提高了激光的利用率。但传统溢流装置在实际应用过程中有如下缺陷：1、通过调节进水压力、控制水流量来调节工件上的液膜厚度，调节过程会引起液膜的波动和厚度的变化；2、因表面张力的作用，工件上方液膜的液面要高于溢流槽边沿才能溢出，液面是弧面并非平面，液膜厚度是随空间变化的；3、为了保持液膜厚度相对固定，液膜要保持层流状态以避免波动，要求水压的调节及时，但即使配有液膜的测量反馈装置来控制进水压力调节系统，进水压力的改变仍会有滞后现象。因而，现有的水下激光加工系统，需要能够控制工件上方的液膜，使之厚度可调且液体平稳流动。这样才能更好的保证水下激光加工工艺的稳定性和提高加工质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种水下激光加工系统的液膜厚度调节装置，在工件上表面上方设置底面安装玻璃板的回形框，水流在工件上表面和玻璃板底面之间流过，形成厚度恒定的液膜。水流冲走切屑和气泡，液面厚度均匀稳定，保证水下激光加工的质量。本专利技术的另一目的是设计一种水下激光加工系统的液膜厚度调节装置的使用方法，先安装回形框并调节回形框底面、即玻璃板底面与工件上表面的距离，以得到适合水下激光加工系统的液膜厚度，再打开进水管，水流在工件上表面和玻璃板底面之间流过，形成厚度恒定的液膜，然后打开激光装置开始激光加工。本专利技术设计的一种水下激光加工系统的液膜控制装置，水下激光加工系统包括工作台和溢流槽，工作台置于溢流槽内，工作台顶面为水平面，溢流槽上缘高于工作台顶面，进水管于底部接入溢流槽，水从溢流槽上缘溢出。片状的工件水平固定于工作台顶面，激光器的激光束聚光于工件上表面。本专利技术设计液膜控制装置配有回形框，其为横截面为回形的框架，回形框底面为密封固定的玻璃板，回形框置于溢流槽内、悬于工作台上方，回形框顶面高于溢流槽上缘，溢流槽内的水面高于回形框底面。与进水管相接的上进水管的支管上缘与玻璃板底面相切，水注入玻璃板底面和工件的上表面之间成为流动的液膜。激光束经回形框的中部孔、玻璃板和液膜，聚光于工件上表面。所述工作台为长方体，所述回形框的底面为大于工作台顶面的相似矩形，所述回形框的各侧面与工作台的对应侧面平行。支撑夹的上臂、下臂的一端固定连接，上臂和下臂构成曲尺形，二者之间的夹角为100度～130度。回形框每个外侧面铰接2个支撑夹上臂的上端，上臂与回形框之间有扭转弹簧，弹簧力使上臂旋转靠拢回形框侧面。同一侧面上的2个支撑夹下臂的下端连接同一支撑板，此支撑板与回形框该侧面下方工作台的侧面平行相对。扭转弹簧使处于工作台四个侧面的四块支撑板分别抵于与之相对的工作台侧面，支撑夹使回形框悬于工作台上方。外力克服扭转弹簧的力，抬起支撑板，即可将支撑夹和与其连接的回形框取下。上进水管连接多根进水支管，进水支管在同一平面上均匀排列，进水支管出水口成一直线，位于玻璃板的一边、且与之同长，进水支管出水口上缘紧贴玻璃板底面。上进水管的进水支管出水口内径为1～2mm，进水支管出口流速0.5～1m/s，多支水流均匀注入玻璃板底面和工件上表面之间。为调节玻璃板底面与工件上表面的间距，并保证其水平，所述回形框顶面有均布的至少3个贯穿回形框的螺孔，对应的调节螺栓穿过各螺孔、底端伸出回形框底面。为便于调节，调节螺栓顶端可为蝶形螺栓头。为了便于调节玻璃板的水平，玻璃板与回形框顶面平行，回形框顶面上安装液泡管水平指示器，当回形框顶面为水平时，气泡处于液泡管中心位置。为了方便收集溢流槽溢出的液体，在溢流槽外套有外溢流槽，外溢流槽上缘高度等于或小于溢流槽高度。外溢流槽底部接出水管，出水管直径大于进水管直径。溢流槽溢出的液体进入外溢流槽，从出水管排出。所述辅助激光加工的水可换为(10～100)v％的乙醇，(10～100)v％的丙醇、甘油，(15～60)w％的氢氧化钾溶液、(15～60)v％硝酸溶液、(15～60)w％氯化钠溶液、(15～60)w％硝酸钠溶液中的任一种。回形框侧面对应每个支撑夹均有一个安装槽，安装槽靠内的内槽为长方体空间，与所在回形框侧面平行的面宽度为W，外侧的外槽也为长方体空间，与所在回形框侧面平行的面宽度为w，W＝(2～3)w，且W的中心线与外槽垂直于回形框该侧面的竖直槽面的距离均小于w。外槽上方直通回形框顶面，在回形框侧面形成与回形框顶面相通的竖直裂隙。内槽底部安装调节弹簧，调节弹簧的下端与内槽底部连接。安装块水平截面为T形，安装块由两个连接为一体的横块和竖块组成，二者底面相平，横块的宽度与安装槽的内槽相配合，横块的高度为内槽竖直向高度的1/3至1/2；横块嵌入内槽中处于调节弹簧上方、底面与调节弹簧上端相连接。调节弹簧不受力时的原始长度大于内槽底面与嵌于内槽的横块底面之间的最大距离，位于横块下方的调节弹簧为压缩状态。在调节螺栓底端与工作台顶面不接触时，在调节弹簧作用下，嵌于内槽的横块处于内槽最上方与内槽底面距离最大，调节弹簧压缩量最小。竖块顶面高于横块顶面，竖块的宽度与安装槽的外槽相配合，竖块的高度大于或等于外槽竖直向高度，竖块上部垂直于回形框该侧面的长度大于外槽该方向的深度，竖块上部外侧突出于外槽的竖直裂隙，在竖块的突出部位有铰接孔，铰接孔中心线与回形框该侧面平行且垂直于铅垂线，铰接轴穿过铰接孔连接支撑夹上臂上端的安装孔，上臂与安装块铰接。本专利技术设计的一种水下激光加工系统的液膜厚度调节装置的使用方法包括如下步骤：Ⅰ、固定工件片状工件固定于工作台顶面；Ⅱ、调节螺栓复位回形框安装于工作台上方之前，调节螺栓先复位，即向上旋动调节螺栓，使调节螺栓底端上移，伸出螺孔的调节螺栓底端与回形框底面的距离为工件厚度D+(0～1mm)，以防止安装回形框时工件与玻璃板碰触；Ⅲ、安装回形框将回形框置于工作台上方、调节螺栓底端与工作台顶面接触，支撑夹夹紧固定，回形框处于最低位置，安装块的横块下表面与安装槽底面距离最大，调节弹簧压缩量最小，此时玻璃板底面与工件上表面的距离最小，液膜将最薄。Ⅳ、液膜厚度调节向下旋动调节螺栓增大回形框底面玻璃板的底面与工件上表面距离，回形框沿安装块上移，槽内横块与槽底面距离变小，调节弹簧压缩量增大，粗调玻璃板底面与工件上表面的距离、即粗调工件上表面液膜厚度。如果加工所需要的液膜厚度小于粗调厚度，即需减小液膜厚度，向上旋动调节螺栓，槽内横块与内槽底部距离变大，调节弹簧压缩量减小，回形框各侧面的安装槽沿安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下激光加工系统的液膜控制装置，水下激光加工系统包括工作台(9)和溢流槽(5)，工作台(9)置于溢流槽(5)内，工作台(9)顶面为水平面，溢流槽(5)上缘高于工作台(9)顶面，进水管(8)于底部接入溢流槽(5)，水从溢流槽(5)上缘溢出；片状的工件(3)水平固定于工作台(9)顶面，激光器的激光束(0)聚光于工件(3)上表面；其特征在于：所述液膜控制装置配有回形框(1)，其为横截面为回形的框架，回形框(1)底面为密封固定的玻璃板(2)，回形框(1)置于溢流槽(5)内、悬于工作台(9)上方，回形框(1)顶面高于溢流槽(5)上缘，溢流槽(5)内的水面高于回形框(1)底面；与进水管(8)相接的上进水管(10)的进水支管出水口上缘与玻璃板(2)底面相切，水注入玻璃板(2)底面和工件(3)的上表面之间成为流动的液膜；激光束(0)经回形框(1)的中部孔、玻璃板(2)和液膜，聚光于工件(3)上表面；所述工作台(9)为长方体，所述回形框(1)的底面为大于工作台(9)顶面的相似矩形，所述回形框(1)的各侧面与工作台(9)的对应侧面平行。

【技术特征摘要】
1.一种水下激光加工系统的液膜控制装置，水下激光加工系统包括工作台(9)和溢流槽(5)，工作台(9)置于溢流槽(5)内，工作台(9)顶面为水平面，溢流槽(5)上缘高于工作台(9)顶面，进水管(8)于底部接入溢流槽(5)，水从溢流槽(5)上缘溢出；片状的工件(3)水平固定于工作台(9)顶面，激光器的激光束(0)聚光于工件(3)上表面；其特征在于：所述液膜控制装置配有回形框(1)，其为横截面为回形的框架，回形框(1)底面为密封固定的玻璃板(2)，回形框(1)置于溢流槽(5)内、悬于工作台(9)上方，回形框(1)顶面高于溢流槽(5)上缘，溢流槽(5)内的水面高于回形框(1)底面；与进水管(8)相接的上进水管(10)的进水支管出水口上缘与玻璃板(2)底面相切，水注入玻璃板(2)底面和工件(3)的上表面之间成为流动的液膜；激光束(0)经回形框(1)的中部孔、玻璃板(2)和液膜，聚光于工件(3)上表面；所述工作台(9)为长方体，所述回形框(1)的底面为大于工作台(9)顶面的相似矩形，所述回形框(1)的各侧面与工作台(9)的对应侧面平行；支撑夹(4)的上臂(41)、下臂(42)的一端固定连接，上臂(41)和下臂(42)构成曲尺形，二者之间的夹角为100度～130度；回形框(1)每个外侧面铰接2个支撑夹(4)上臂(41)的上端，上臂(41)与回形框(1)之间有扭转弹簧(412)，弹簧力使上臂(41)旋转靠拢回形框(1)侧面；同一侧面上的2个支撑夹(4)下臂(42)的下端连接同一支撑板(43)，此支撑板(43)与回形框(1)该侧面下方工作台(9)的侧面平行相对；扭转弹簧(412)使处于工作台(9)四个侧面的四块支撑板(43)分别抵于与之相对的工作台(9)侧面，支撑夹(4)使回形框(1)悬于工作台(9)上方。2.根据权利要求1所述的水下激光加工系统的液膜控制装置，其特征在于：所述上进水管(10)连接多根进水支管，进水支管在同一平面上均匀排列，进水支管出水口成一直线，位于玻璃板(2)的一边、且与之同长，进水支管出水口上缘紧贴玻璃板(2)底面。3.根据权利要求2所述的水下激光加工系统的液膜控制装置，其特征在于：所述上进水管(10)的进水支管出水口内径为1.5mm，进水支管出口流速为0.5m/s～1m/s。4.根据权利要求1所述的水下激光加工系统的液膜控制装置，其特征在于：所述溢流槽(5)外套有外溢流槽(6)，外溢流槽(6)上缘高度等于或小于溢流槽(5)高度；外溢流槽(6)底部接出水管(7)，出水管(7)直径大于进水管(8)直径。5.根据权利要求1所述的水下激光加工系统的液膜控制装置，其特征在于：辅助激光加工的水为(10～100)v％的乙醇，(10～100)v％的丙醇、甘油，(15～60)w％的氢氧化钾溶液、(15～60)v％硝酸溶液、(15～60)w％氯化钠溶液、(15～60)w％硝酸钠溶液中的任一种。6.根据权利要求1所述的水下激光加工系统的液膜控制装置，其特征在于：所述回形框(1)顶面有均布的至少3个贯穿回形框(1)的螺孔，对应的调节螺栓(12)穿过各螺孔、底端伸出回形框(1)底面。7.根据权利要求6所述的水下激光加工系统的液膜控制装置，其特征在于：所述回形框(1)侧面对应每个支撑夹(4)均有一个安装槽，安装槽靠内的内槽为长方体空间，与所在回形框(1)侧面平行的面宽度为W，外侧的外槽也为长方体空间，与所在回形框(1)侧面平行的面宽度为w，W＝(2～3)w，且W中心线与外槽垂直于回形框(1)该侧面的竖直槽面的距离均小于w；外槽上方直通回形框(1)顶面，在回形框(1)侧面形成与回形框(1)顶面相通的竖直裂隙；内槽底部安装调节弹簧(415)，调节弹簧(415)的下端与内槽底部连接；安装块水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘清原，龙芋宏，鲍家定，刘鑫，童友群，冯唐高，毛建冬，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45