一种气液辅助激光加工微孔的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气液辅助激光加工微孔的方法及装置，发射激光束加工待加工位置，同时采用与所述激光束同轴的辅助气体喷射加工位置，同时采用与所述激光束的轴线成一定夹角的辅助液体喷射加工位置。本发明专利技术形成成套加工方法，通过气、液辅助激光微孔加工，实现激光微孔高质量加工，减少飞溅物粘连、减少材料热影响区域(通过气体散热冷却及冷却液散热冷却带走部分热量，减少热量累积)，提高材料表面质量。

【技术实现步骤摘要】
一种气液辅助激光加工微孔的方法及装置
本专利技术属于特种加工领域，具体涉及一种气液辅助激光加工微孔的方法及装置。
技术介绍
目前，激光加工主要依靠气体辅助进行微孔加工，根据加工材料特性选择不同的辅助加工气体(氧气、氢气、氩气、氮气、压缩空气等)，主要目的或者是加速材料气化、熔化，或者是去除熔渣、减少飞溅物粘连、减少材料热影响区域(气体散热带走部分热量，减少热量累积)，减少材料表面及孔壁氧化，提高材料表面加工质量及孔壁质量。但通过气体辅助作用单一，发现不能很好解决热量累积使材料局部过热变色、热影响区扩大以及熔液飞溅粘连在孔壁或材料表面等问题，严重影响加工质量。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种气液辅助激光加工微孔的方法及装置，形成成套加工方法，通过气、液辅助激光微孔加工，实现激光微孔高质量加工，减少飞溅物粘连、减少材料热影响区域(通过气体散热冷却及冷却液散热冷却带走部分热量，减少热量累积)，提高材料表面质量。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种气液辅助激光加工微孔的方法，发射激光束加工待加工位置，同时采用与所述激光束同轴的辅助气体喷射加工位置，同时采用与所述激光束的轴线成一定夹角的辅助液体喷射加工位置。进一步地，加工参数如下：激光脉冲宽度为0.5～0.8ms、激光脉冲频率为60～100HZ、激光功率百分比为70～90％、激光离焦量为-1～1mm、进给速度为60～80mm/min；气体压力为0.6～0.8MPa、气体流量为0.8～1.2Nm3/s、气体开关时间间隔为0～1s，其中，0表示常开；液体流量为0.8～1.5L/min、液体压力为6～12MPa、液体温度为15～20℃、液体开关时间间隔为0～10s，其中，0表示常开。进一步地，所述辅助液体对加工位置以柱状喷射或雾状喷射。一种气液辅助激光加工微孔的装置，包括激光喷嘴头部，所述激光喷嘴头部的中心开设有用于发射激光束的激光光束通道；在所述激光喷嘴头部上绕所述激光光束通道的轴线均布开设有若干辅助气体通道，每个所述辅助气体通道的一端用于输入辅助气体，另一端与所述激光光束通道连通，辅助气体通过所述激光光束通道能够与激光束同轴喷射在加工位置；在所述激光喷嘴头部上绕所述激光光束通道的轴线均布开设有若干辅助液体通道，每个所述辅助液体通道的一端用于输入辅助液体，另一端连接有喷嘴，每个所述喷嘴的轴线与所述激光光束通道的轴线成一定夹角，辅助液体通过所述喷嘴能够喷射在加工位置。进一步地，每个所述喷嘴为能够喷射柱状液体的柱状喷嘴。进一步地，每个所述喷嘴为能够喷射雾状液体的雾状喷嘴。进一步地，每个所述柱状喷嘴上可拆卸连接有雾状喷嘴。进一步地，每个所述柱状喷嘴的轴线与所述激光光束通道的轴线之间的夹角为35°～45°；每个所述雾状喷嘴的轴线与所述激光光束通道的轴线之间的夹角为35°～45°。进一步地，还包括第一控制模块和第二控制模块，所述第一控制模块用于控制辅助气体按照预设参数输出，所述第二控制模块用于控制辅助液体按照预设参数输出。进一步地，所述第一控制模块包括第一模拟量控制模块和第一数字量控制模块，所述第一模拟量控制模块用于控制气体流量和气体压力参数量，所述第一数字量控制模块用于控制气体开与关及气体开关时间间隔参数量；所述第二控制模块包括第二模拟量控制模块和第二数字量控制模块，所述第二模拟量控制模块用于控制液体流量、液体压力和液体温度参数量，所述第二数字量控制模块用于控制液体开与关及液体开关时间间隔参数量。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：单一气体辅助的作用主要是去除孔内熔渣、颗粒物、粉尘、材料局部降温、作为保护气体防止激光加工区域氧化等，但在实际加工中单一气体辅助无法满足需要，在加工中会出现较多较大的毛刺(1～2mm)、重熔层(0.04～0.08mm)、热影响区(孔周边5～8mm)，孔棱边不清晰。本专利技术一种气液辅助激光加工微孔的方法，发射激光束加工待加工位置，同时采用与激光束同轴的辅助气体喷射加工位置，同时采用与激光束的轴线成一定夹角的辅助液体喷射加工位置，通过气、液辅助激光加工微孔，加工质量明显提高，毛刺量减少、毛刺缩小至0.1～0.2mm、重熔层为0.02～0.03mm、热影响区缩小至孔周边2～3mm，孔棱边清晰；气液辅助加工的使用，提高了激光能量，使孔加工深度及加工效率明显提高，加工质量明显得到改善，同时气体(氩气、氦气、高压空气)用量(气体流量)减少，使用成本降低。可见，本专利技术通过气、液辅助激光加工微孔，实现了激光微孔高质量加工，减少飞溅物粘连、减少材料热影响区域(通过气体散热冷却及辅助液体冷却液散热冷却带走部分热量，减少热量累积)，提高材料表面质量，同时减少粉尘飞扬，减少对加工环境的空气污染。进一步地，在本专利技术提供的加工参数下，激光参数、气体参数和液体参数三者优化匹配，控制激光加工参数的同时以气液辅助形式控制小孔的加工质量。在气液辅助参数优化匹配的基础上，可进一步提供激光加工能量，提高小孔加工效率。激光参数、气体参数和液体参数三者优化匹配，可使毛刺数量减少、毛刺缩小、重熔层厚度减薄、热影响区域缩小且孔棱边清晰，加工质量提高，同时气体用量减少，使用成本降低。进一步地，针对不同的加工材料。加工板厚以及小孔直径及小孔形状，选择不同的液体喷射方式。当材料为不锈钢、高温合金、钛合金且板厚较厚(＞2mm)孔较大(＞φ2mm)时，采用柱状喷射，可有效控制毛刺数量、毛刺大小、重熔层厚度及热影响区域；当材料为碳钢材料、板厚较薄(≤2mm)孔较小(≤φ2mm)时，采用雾状喷射，而不采用柱状喷射，是防止液体量增多后与激光能量共同作用，造成淬火等热处理效应，导致材料性质发生改变，雾状及喷射在此类加工中更能发挥它的雾化吸附作用，更好的控制毛刺数量、毛刺大小、重熔层厚度及热影响区域。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种气液辅助激光加工微孔的装置示意图；图2为本专利技术一种气液辅助激光加工微孔的装置控制原理示意图；图3为本专利技术一种气液辅助激光加工微孔的装置控制硬件连接流程示意图。1-激光光束通道；2-辅助气体通道；3-辅助液体通道；4-激光喷嘴头部；5-柱状喷嘴；6-雾状喷嘴；7-辅助液体；8-辅助气体；9-零件；10-微孔。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气液辅助激光加工微孔的方法，其特征在于，发射激光束加工待加工位置，同时采用与所述激光束同轴的辅助气体喷射加工位置，同时采用与所述激光束的轴线成一定夹角的辅助液体喷射加工位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种气液辅助激光加工微孔的方法，其特征在于，发射激光束加工待加工位置，同时采用与所述激光束同轴的辅助气体喷射加工位置，同时采用与所述激光束的轴线成一定夹角的辅助液体喷射加工位置。


2.根据权利要求1所述的一种气液辅助激光加工微孔的方法，其特征在于，加工参数如下：激光脉冲宽度为0.5～0.8ms、激光脉冲频率为60～100HZ、激光功率百分比为70～90％、激光离焦量为-1～1mm、进给速度为60～80mm/min；气体压力为0.6～0.8MPa、气体流量为0.8～1.2Nm3/s、气体开关时间间隔为0～1s，其中，0表示常开；液体流量为0.8～1.5L/min、液体压力为6～12MPa、液体温度为15～20℃、液体开关时间间隔为0～10s，其中，0表示常开。


3.根据权利要求1所述的一种气液辅助激光加工微孔的方法，其特征在于，所述辅助液体对加工位置以柱状喷射或雾状喷射。


4.一种气液辅助激光加工微孔的装置，其特征在于，包括激光喷嘴头部(4)，所述激光喷嘴头部(4)的中心开设有用于发射激光束的激光光束通道(1)；
在所述激光喷嘴头部(4)上绕所述激光光束通道(1)的轴线均布开设有若干辅助气体通道(2)，每个所述辅助气体通道(2)的一端用于输入辅助气体，另一端与所述激光光束通道(1)连通，辅助气体通过所述激光光束通道(1)能够与激光束同轴喷射在加工位置；
在所述激光喷嘴头部(4)上绕所述激光光束通道(1)的轴线均布开设有若干辅助液体通道(3)，每个所述辅助液体通道(3)的一端用于输入辅助液体，另一端连接有喷嘴，每个所述喷嘴的轴线与所述激光光束通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，邹兆安，崔庞博，张婷，李璇，耿军儒，梁养民，梁晨涛，
申请(专利权)人：中国航发动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61