本实用新型专利技术提供了一种超声振动辅助激光打孔装置，该装置包括电源、超声波发生器、超声振动辅助装置装夹单元、超声振动生成单元、工件装夹单元和激光发生单元，电源通过第一电线与超声波发生器相连接，所述超声波发生器通过第二电线与超声振动生成单元连接，工件安装于工件装夹单元上，在进行激光打孔的同时，超声振动生成单元产生的超声振动以垂直于工件加工表面的方向作用于工件。本实用新型专利技术有助于激光打孔时孔内的熔化材料排出，通过超声振动的辅助作用，可以加速熔渣的去除，提高熔渣的去除率，从而减少或避免熔化物在孔壁再次凝固形成重铸层，同时超声振动也可以明显改善孔壁的表面质量，从而实现改善激光打孔的质量并提高打孔效率的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种超声振动辅助激光打孔装置
本技术涉及先进激光制造与加工，属于激光制造与加工领域，具体涉及一种超声振动辅助激光打孔装置。
技术介绍
随着近代工业和科学技术的迅速发展，使用硬度大、熔点高的材料越来越多，而传统的加工方法已不能满足某些工艺要求。激光打孔是最早达到实用化的激光加工技术，也是激光加工的主要应用领域之一。激光打孔是指利用脉冲激光束照射工件表面，因聚焦后的激光束能量密度极高，在焦点位置的温度会瞬间达到数千摄氏度，工件材料在这种高温的作用下会被迅速的熔化、汽化，在高压蒸气作用下喷出而形成小孔。这种小孔加工方法已有较长的历史了，其优点不言而喻，如：加工速度快、经济效益高、加工材料范围广、无污染等，尤其在航天航空工业的激光群孔加工中具有明显的优势。现在的激光打孔是以激光为热源对工件进行加工，光能转化为热能，材料吸收热能后升温并在其表面形成熔池，表面材料不断熔化去除，这种方法的不足之处在于：材料在激光打孔过程中会经历高温烧熔和冷却凝结的复杂过程，最后在微孔壁形成重铸层，由于反冲压力的作用使孔内的熔融物流动而产生飞溅，飞溅的熔融物易粘附于小孔壁上产生裂纹并影响孔内壁形貌。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本技术提供一种超声振动辅助激光打孔的方法；该方法利用超声波的声空化效应、声流效应和机械效应来辅助激光打孔，通过超声振动，可以加速激光打孔过程中熔渣的去除，提高熔渣的去除率，从而减少或避免熔融物在孔壁再次凝固形成重铸层，同时超声振动也可以明显改善孔壁的表面质量、减少内部缺陷、消除残余应力、细化晶粒与组织，提高力学性能，从而实现改善激光打孔质量并提高打孔效率的目的。同时，本技术还提供了一种超声振动辅助激光打孔装置。本技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种超声振动辅助激光打孔方法，包括如下步骤：步骤一：将按要求处理好的工件正确装夹在超声振动辅助激光打孔装置上；所述超声振动辅助激光打孔装置包括电源、超声波发生器、超声振动辅助装置装夹单元、超声振动生成单元、工件装夹单元和激光发生单元；所述电源通过第一电线与超声波发生器相连接，所述超声波发生器通过第二电线与超声振动生成单元连接；所述超声振动生成单元包括多个振子、振子内接电线、振子外接电线和外壳，所述外壳为设有一段引出管的密封壳体，多个所述振子均布于外壳的内部，多个振子间通过内接电线串联连接，所述外接电线的一端与串联的多个振子连接，另一端通过引出管引出外壳，并通过第二电线与超声波发生器连接，所述超声振动辅助装置装夹单元包括用于盛放水的水箱和机床底座，所述水箱安装于机床底座上，所述外壳置于水箱内，所述外壳上的引出管伸出水箱外部；所述工件装夹单元安装于所述水箱内并位于超声振动生成单元的上方，所述工件安装于工件装夹单元上，所述水的上表面位于所述工件的上表面和下表面之间；所述激光发生单元包括激光器、聚焦透镜以及喷嘴，所述激光器产生的激光束经过聚焦透镜产生的光斑位于工件的相应要求位置处，所述喷嘴用于向工件喷射辅助气体；步骤二：通过控制超声波发生器控制超声振动生成单元产生超声振动，超声振动的作用方向垂直于工件并与激光束的方向平行；步骤三：启动激光器，使激光器产生的激光束经过聚焦透镜产生的光斑位于工件的相应要求位置处，进行打孔的同时通过喷嘴向工件吹出辅助气体，所述喷嘴的喷射方向与激光束同轴，使工件在激光、超声振动、等离子体及同轴辅助气体的共同作用下完成打孔。一种超声振动辅助激光打孔装置，包括电源、超声波发生器、超声振动辅助装置装夹单元、超声振动生成单元、工件装夹单元和激光发生单元；所述电源通过第一电线与超声波发生器相连接，所述超声波发生器通过第二电线与超声振动生成单元连接；所述超声振动生成单元包括多个振子、振子内接电线、振子外接电线和外壳，所述外壳为密封壳体，外壳上设有一段引出管，多个所述振子均布于外壳的内部，多个振子间通过内接电线串联连接后与所述外接电线的一端连接，所述外接电线的另一端通过引出管引出外壳，并通过第二电线与超声波发生器连接；所述超声振动辅助装置装夹单元包括用于盛放水的水箱和机床底座，所述水箱安装于机床底座上，所述外壳置于水箱内，所述外壳上的引出管伸出水箱外部；所述工件装夹单元安装于所述水箱内并位于超声振动生成单元的上方，所述工件安装于工件装夹单元上，所述水的上表面位于所述工件的上表面和下表面之间；所述激光发生单元包括激光器、聚焦透镜以及喷嘴，所述激光器产生的激光束经过聚焦透镜产生的光斑位于工件的相应要求位置处，所述喷嘴用于向工件喷射辅助气体。优选地，所述工件装夹单元包括网筐、限位块和固定螺栓；所述网筐安装于水箱的侧壁上，所述网筐的底面内壁上对称设有一对限位块和固定螺栓，所述限位块固定于网筐上，所述固定螺栓穿过所述限位块，并与限位块螺栓连接，用于夹紧工件；所述水箱顶端开口，所述激光束经过水箱的顶端开口处作用于工件。优选地，还包括水深检测单元，所述水深检测单元包括用于检测水箱内水的深度的水深传感器、第三电线和计算机，所述水深传感器通过第三电线与计算机电连接。优选地，所述超声波发生器产生的超声波功率大小可以进行调节。优选地，所述水箱的顶端上设有盖板，所述外壳上的引出管穿过盖板，所述引出管与盖板之间设有橡胶垫片。优选地，所述工件装夹单元还包括网筐固定螺栓和网筐固定螺帽，所述网筐通过网筐固定螺栓和网筐固定螺帽安装于水箱的侧壁上。优选地，所述水箱的底部通过沿周向均布的四个底座螺栓与机床底座连接。本技术有如下的有益效果：1、本技术通过对工件施加与工件加工表面相垂直且与激光束方向平行的超声振动，使得待加工工件在高频超声振动的作用下而上下振动，超声振动有助于激光打孔时孔内的熔化材料排出，通过超声振动的辅助作用，可以加速熔渣的去除，提高熔渣的去除率，从而减少或避免熔化物在孔壁再次凝固形成重铸层；同时超声振动也可以明显改善孔壁的表面质量、减少内部缺陷、减小甚至消除残余应力、细化晶粒与组织，提高力学性能，从而实现改善激光打孔质量并提高打孔效率的目的。2、本技术将超声振动生成单元置于水箱中，利用水作为超声传播的介质，有效减少了超声波在作用于工件的传输过程中的损耗，保证了超声振动对激光打孔的辅助效果。同时，这种对超声振动生成单元的置放方法也有效地保护了设备，提高了超声振动生成单元的工作寿命。3、本技术使得介质水面略高于工件的下表面并低于工件的上表面，从而一方面保证了超声振动的作用效果，另一方面也是对加工中的工件以有效的降温，使微孔周边的热影响区减小，同时也避免了激光水下打孔过程中遇到的水对激光束的不利作用及影响。附图说明图1为本技术所述一种超声振动辅助激光打孔装置的示意图。图2为本技术所述超声振动辅助装置的结构示意图。图3为本技术所述工件装夹单元的结构示意图。图4为本技术所述一种超声振动辅助激光打孔方法的原理图。图5为利用本技术实施例中获得的微孔重铸层形貌及厚度图。图6为利用本技术实施例中获得的组织晶粒图。图7为本技术实施例及普通激光打孔获得的微孔周边区域的硬度分布曲线。图8为采用普通激光打孔获得的微孔重铸层形貌及厚度图。图9为采用普通激光打孔获得的组织晶粒图。其中：1、电源，2、第一电线，3、超声波发生器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超声振动辅助激光打孔装置，其特征在于，包括电源(1)、超声波发生器(3)、超声振动辅助装置装夹单元(5)、超声振动生成单元(6)、工件装夹单元(7)和激光发生单元；所述电源(1)通过第一电线(2)与超声波发生器(3)相连接，所述超声波发生器(3)通过第二电线(4)与超声振动生成单元(6)连接；所述超声振动生成单元(6)包括多个振子(27)、振子内接电线(28)、振子外接电线(29)和外壳(9)，所述外壳(9)为密封壳体，外壳(9)上设有一段引出管，多个所述振子(27)均布于外壳(9)的内部，多个振子(27)间通过内接电线(28)串联连接后与所述外接电线(29)的一端连接，所述外接电线(29)的另一端通过引出管引出外壳(9)，并通过第二电线(4)与超声波发生器(3)连接；所述超声振动辅助装置装夹单元(5)包括用于盛放水(10)的水箱(11)和机床底座(31)，所述水箱(11)安装于机床底座(31)上，所述外壳(9)置于水箱(11)内，所述外壳(9)上的引出管伸出水箱(11)外部；所述工件装夹单元(7)安装于所述水箱(11)内并位于超声振动生成单元的上方，所述工件(24)安装于工件装夹单元(7)上，所述水(10)的上表面位于所述工件(24)的上表面和下表面之间；所述激光发生单元包括激光器、聚焦透镜(15)以及喷嘴(34)，所述激光器产生的激光束(16)经过聚焦透镜(15)产生的光斑位于工件(24)的相应要求位置处，所述喷嘴(34)用于向工件(24)喷射辅助气体(33)。...
【技术特征摘要】
1.一种超声振动辅助激光打孔装置，其特征在于，包括电源(1)、超声波发生器(3)、超声振动辅助装置装夹单元(5)、超声振动生成单元(6)、工件装夹单元(7)和激光发生单元；所述电源(1)通过第一电线(2)与超声波发生器(3)相连接，所述超声波发生器(3)通过第二电线(4)与超声振动生成单元(6)连接；所述超声振动生成单元(6)包括多个振子(27)、振子内接电线(28)、振子外接电线(29)和外壳(9)，所述外壳(9)为密封壳体，外壳(9)上设有一段引出管，多个所述振子(27)均布于外壳(9)的内部，多个振子(27)间通过内接电线(28)串联连接后与所述外接电线(29)的一端连接，所述外接电线(29)的另一端通过引出管引出外壳(9)，并通过第二电线(4)与超声波发生器(3)连接；所述超声振动辅助装置装夹单元(5)包括用于盛放水(10)的水箱(11)和机床底座(31)，所述水箱(11)安装于机床底座(31)上，所述外壳(9)置于水箱(11)内，所述外壳(9)上的引出管伸出水箱(11)外部；所述工件装夹单元(7)安装于所述水箱(11)内并位于超声振动生成单元的上方，所述工件(24)安装于工件装夹单元(7)上，所述水(10)的上表面位于所述工件(24)的上表面和下表面之间；所述激光发生单元包括激光器、聚焦透镜(15)以及喷嘴(34)，所述激光器产生的激光束(16)经过聚焦透镜(15)产生的光斑位于工件(24)的相应要求位置处，所述喷嘴(34)用于向工件(24)喷射辅助气体(33)。2.根据权利要求1所述的超声振动辅助激光打孔装置，其特征在于，所述工件...
【专利技术属性】
技术研发人员：王后孝，朱苏凯，石春辉，夏凯波，任乃飞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32
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