微细电解激光复合线切割加工方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种微细电解激光复合线切割加工方法及装置，所述方法至少包括以下步骤：线电极与电源的阴极连接，工件与电源的正极连接；激光进入线电极，与线电极耦合；通入电解液；接通电源，线电极按预定路线进给，微细电解与激光复合线切割加工得到目标结构。所述方法和装置综合利用微细电解线切割加工和激光加工的特点，实现高精度、高表面完整性微缝、微槽、微型三维结构等的高效率加工。

Micro electrolysis laser compound wire cutting processing method and device

The present application discloses a micro electrolysis laser composite wire cutting processing method and device. The method at least includes the following steps: the wire electrode is connected with the cathode of the power supply, the workpiece is connected to the positive pole of the power supply, the laser enters the wire electrode, coupled with the wire electrode, the electrolyte is connected, the power supply is connected and the wire electrode is fed on a predetermined route. The target structure is obtained by micro electrolysis and laser compound wire cutting. The methods and devices comprehensively utilize the characteristics of micro electrolysis wire cutting and laser processing to achieve high precision, high surface integrity micro seams, micro grooves, micro three-dimensional structure and so on.

【技术实现步骤摘要】
微细电解激光复合线切割加工方法及装置
本申请涉及一种微细电解激光复合线切割加工方法及装置，属于精密、微细特种加工领域。
技术介绍
微细电解线切割加工采用微尺度(直径5～500微米)线电极作为工具电极，工具电极相对于工件以预定的运动轨迹运动，利用电化学氧化原理去除工件材料，适于加工微缝、窄槽等微细结构，具有无热影响、无残余应力、工具电极无损耗、且加工性能不受工件材料机械性能限制等特点，在航空航天、精密机械、微电子、精密测量等领域具有广泛的应用前景。与精密电火花线切割相比，微细电解线切割加工效率仍处于较低水平。精密电火花线切割加工以微放电产生的瞬时高温去除工件材料，具有较高的材料去除速率，但是其加工表面存在放电凹坑和热影响层等缺陷。而微细电解线切割加工过程中，工件材料以离子形式被蚀除，其加工效率受制于双电层附近区域电解液中反应粒子扩散速率、电解产物排出加工区域的效率等因素。为提高微细电解线切割加工材料去除速率，国内外研究人员提出了线电极同轴冲液、线电极单向运动、线电极往复运动、线电极振动、工件振动等方法(曾永彬,于洽,王少华,朱荻,CIRPAnnals-ManufacturingTechnology,61,195-198(2012))。以上方法利用工件与线工具电极相对运动的方式在一定程度上有利于提高微尺度加工间隙中电解产物的排出，促进加工间隙中电解液的更新，提高材料去除速率。然而，以上提高微细电解线切割加工效率的方法，即采用工件与线电极相对运动的方式，由于流体运动特点，对工件表面附近区域的边界层内粒子交换速率影响较小，对提高其加工效率存在一定的瓶颈，限制了微细电解线切割加工效率的进一步提高。激光加工与工件材料相互作用时，当激光能量密度较低时，激光辐照区域的温度升高，而当激光能量密度较高时，工件材料以熔融或升华的方式被去除。激光加工具有加工效率高、精度好等特点。由于微细电解线切割加工中线电极需进入工件材料内部，激光能量场难以与电解作用区域复合，此前的文献和专利中未见微细电解线切割和激光效率复合的报道。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种微细电解激光复合线切割加工方法，综合利用微细电解线切割加工和激光加工的特点，实现高精度、高表面完整性微缝、微槽、微型三维结构等的高效率加工。所述微细电解激光复合线切割加工方法，其特征在于，至少包括以下步骤：(1)线电极与电阴极连接，工件与电源的正极连接；(2)激光进入线电极，与线电极耦合；(3)通入电解液；其中，电解液与线电极和工件接触；(4)接通电源，线电极按预定路线进给，微细电解与激光复合线切割加工得到目标结构。可选地，步骤(2)中所述激光经过聚焦，然后进入线电极的端面中心区域；所述线电极的端面中心区域是指偏离端面中心点预设距离的区域。可选地，所述激光通过聚焦透镜聚焦后进入微尺度线电极。可选地，步骤(2)中与线电极耦合具体为：激光进入线电极，在线电极和电解液界面发生反射和折射，折射激光光束进入加工区域，反射激光光束在线电极和电解液界面反射回线电极内部继续传输，继续在线电极和电解液界面发生折射和反射，实现激光与线电极的耦合。可选地，步骤(2)中与线电极耦合具体为：激光进入线电极，在线电极和电解液界面发生反射和折射，一部分激光光束进入加工区域，一部分在线电极和电解液界面反射回线电极内部继续传输，继续在线电极和电解液界面发生折射和反射，实现激光与线电极的耦合，从而使一部分激光能量进入加工间隙作用于工件材料加工区域。可选地，所述线电极包括内芯和内芯外面的透明导电涂层；其中，所述导电涂层与电源的阴极连接。可选地，所述微尺度线电极包括内芯和高透光率导电涂层结构，微细电解线切割加工过程中透明导电涂层与电解加工电源的阴极连接，工件与电解加工电源的正极连接。激光通过聚焦透镜聚焦后进入微尺度线电极。可选地，所述线电极的内芯为石英芯棒；其中，所述石英芯棒的纯度大于99％，透光率大于90％，直径为10～500微米。可选地，所述石英芯棒的形式为空心毛细管或实心芯棒。可选地，所述透明导电涂层为氧化铟锡涂层；其中，所述氧化铟锡涂层的透光率大于90％；厚度为20～200微米。可选地，所述氧化铟锡涂层的导电率接近金属材料。可选地，所述微尺度线电极的高透光率、导电率的氧化铟锡(IndiumTinOxide，ITO)涂层制备方法包括共沉淀法,溶胶—凝胶法，水热法等工艺，控制其厚度为20～200微米。具体的，所述微尺度线电极其内芯为高纯度、高透光率(大于90％)微尺度石英芯棒，其直径10～500微米，透明导电涂层为氧化铟锡涂层，其光学折射率为1.858。以上所述微尺度线电极的内芯石英芯棒的形式包括空心毛细管或实心微尺度芯棒。作为一种具体的实施方式，所述微细电解激光复合线切割加工技术至少包括：激光光束经过聚焦透镜聚焦后射入上述微尺度线电极的端面中心附近位置，实现激光与上述微尺度线电极的耦合。激光进入线电极，在线电极和电解液界面发生反射和折射，一部分激光光束进入加工区域，一部分在线电极和电解液界面反射回线电极内部继续传输，继续在线电极和电解液界面发生折射和反射，实现激光与线电极的耦合，从而使一部分激光能量进入加工间隙作用于工件材料加工区域。同时可实现激光光束在微尺度线电极内部的大长度、低损耗传输，保证了激光能量场和电化学刻蚀效应在微细电解线切割加工区域的耦合。可选地，步骤(3)中所述电解液充满线电极和工件之间的间隙。可选地，所述微细电解激光复合线切割加工方法采用微细电解激光复合线切割加工装置实现。可选地，所述微细电解激光复合线切割加工方法实现高精度、高表面完整性微缝、微槽、微型三维结构等的高效率加工。本申请中的另一方面，提供了一种微细电解激光复合线切割加工装置，其特征在于，至少包括：激光系统、电解系统、位移系统；所述激光系统包括激光器；所述电解系统包括线电极、电源和电解液；所述线电极与电源的阴极连接，工件与电源的正极连接；所述激光器发射的激光进入线电极；所述位移系统与工件连接。可选地，所述激光系统还包括激光传输系统；所述激光器选自波长532nm的固体激光器、波长532nm的气体激光器、波长532nm的半导体激光器中的至少一种；所述激光传输系统选自光纤或反射镜组成的激光传输光路。可选地，所述激光系统还包括聚焦透镜；激光器发出的激光通过所述聚焦透镜聚焦。可选地，所述电解系统还包括电解液增压—输运系统；所述电源选自直流电源，高频脉冲电源或双极性电源。可选地，以上所述的电解加工电源包括直流电源，高频脉冲电源，双极性电源等。可选地，所述的电解液增压—输运系统采用精密计量泵通过管道流向微细电解线切割加工区域，采用流量计实时测量电解液流量。所述电解液增压—输运系统包括：精密计量泵和流量计。可选地，所述电解系统还包括电解液收集装置；所述电解液收集装置收集已经使用的电解液。可选地，所述位移系统包括运动平台、运动控制系统和工控机；所述工控机通过运动控制器控制运动平台的运动，工件安装于所述运动平台上。可选地，工控机通过运动控制器控制运动平台的运动，工件安装于所述运动平台上，从而实现对工件运动轨迹的多轴精密控制。可选地，还包括加工信号采集系统；所述加工信号采集系统包括霍尔传感器、数据采集卡、数字示波器、电流探头中的至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微细电解激光复合线切割加工方法，其特征在于，至少包括以下步骤：(1)线电极与电源的阴极连接，工件与电源的正极连接；(2)激光进入线电极，与线电极耦合；(3)通入电解液；其中，电解液与线电极和工件接触；(4)接通电源，线电极按预定路线进给，微细电解与激光复合线切割加工得到目标结构。

【技术特征摘要】
1.一种微细电解激光复合线切割加工方法，其特征在于，至少包括以下步骤：(1)线电极与电源的阴极连接，工件与电源的正极连接；(2)激光进入线电极，与线电极耦合；(3)通入电解液；其中，电解液与线电极和工件接触；(4)接通电源，线电极按预定路线进给，微细电解与激光复合线切割加工得到目标结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述激光经过聚焦，然后进入线电极的端面中心区域；所述线电极的端面中心区域是指偏离端面中心点预设距离的区域。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中与线电极耦合具体为：激光进入线电极，在线电极和电解液界面发生反射和折射，折射激光光束进入加工区域，反射激光光束在线电极和电解液界面反射回线电极内部继续传输，继续在线电极和电解液界面发生折射和反射，实现激光与线电极的耦合。4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述线电极包括内芯和内芯外面的透明导电涂层；其中，所述导电涂层与电源的阴极连接；优选地，所述线电极的内芯为石英芯棒；其中，所述石英芯棒的纯度大于99％，透光率大于90％，直径为10～500微米；优选地，所述石英芯棒的形式为空心毛细管或实心芯棒；优选地，所述透明导电涂层为氧化铟锡涂层；其中，所述氧化铟锡涂层的透光率大于90％；厚度为20～200微米。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述电解液充满线电极和工件之间的间隙。6.一种微细电解激光复合线切割加...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉峰，张文武，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33