激光去毛刺和倒角的方法和系统技术方案

所公开的用于对在工件的两个横向延伸的侧面之间限定的具有毛刺的锋利边缘进行去毛刺和倒角处理的方法包括：通过横向于具有毛刺的边缘摆动的激光束在侧面之一上形成材料的熔池。控制激光束的摆动幅度，从而防止振荡光束被引导超出边缘并控制激光束在材料边缘的加工尺寸。熔化材料产生的热量被传递到毛刺并使其液化。随着熔化材料冷却和固化，它在工件的表面上聚集成池，从而形成凸起的光滑的曲面层，该层对边缘进行了倒角。该层对边缘进行了倒角。该层对边缘进行了倒角。

【技术实现步骤摘要】
激光去毛刺和倒角的方法和系统


[0001]本公开涉及激光
，并且更具体地，涉及一种激光去毛刺和倒角的方法和系统。

技术介绍

[0002]如图1所示，去毛刺是对可以由铝、钢和其他种类的金属制成的物体的粗糙边缘进行平滑的工艺。因此，毛刺是由常见的制造方法(例如，切割、钻孔、磨削、铣削、剪切、焊接、冲压和雕刻等)导致的缺陷或突起。毛刺也可能是部件磨损的结果。
[0003]毛刺不仅会使产品看起来不好，而且还会对成品的功能产生重大影响，这样降低质量甚至成为安全隐患。毛刺的存在会干扰其他修整工艺(例如，粉末喷涂和电镀)的应用。因此，去毛刺对于确保部件的质量和功能至关重要。放任不管的话，毛刺可能会给制造商带来潜在的高成本问题。那么，不足为奇的是部件的去毛刺和边缘修整可能会占部件成本高达30％。
[0004]存在5种常见级别的毛刺。从级别1到2，毛刺非常小，通常可以容易地被去除。级别为3的毛刺也很小，但需要更大程度地使用修整工具才能被去除。级别为4和5的毛刺非常大，对金属具有较强的附着力，并且需要大量精力和使用去毛刺工具才能去除。
[0005]技术人员已知的去毛刺工艺很多。某些工艺可以分组为所谓的接触去毛刺类，并包括手动去毛刺、机电去毛刺、振动修整和滚桶抛光(barrel tumbling)。所有这些方法都涉及与要被去毛刺的表面接触的去毛刺工具。
[0006]手动去毛刺是灵活且节约成本的，但它需要大量的时间投入，这使其不适合用于修整大量部件。机电去毛刺是将电流与盐或乙二醇溶液结合使用以溶解毛刺。机电去毛刺对于需要在难以触及的地方进行去毛刺的小型精密部件很有用。振动修整涉及将部件与液体和磨料成分(例如，陶瓷、塑料或钢修整介质)的混合物一起放置在旋转桶或振动碗中。当机器旋转时，介质会以开瓶器运动的方式连续摩擦部件，以去除锋利的边缘和其他金属缺陷。滚筒抛光包括将一个或多个工件放置在抛光滚筒中，该抛光滚筒以高速旋转以将工件一起擦拭(brush)并达到所期望的修整度。通常，已知接触去毛刺技术存在一些问题，包括由于接触工具的过度磨损而引起的大量消耗成本、以及与复杂轮廓(特别是具有隐藏角的轮廓)相关联的困难。
[0007]实际上，上述所有接触工艺都可以被机器人化。尽管传统的非自动化非接触式工艺所面临的问题仍然存在，但是由于大量机械和电子组件急剧增加，机器人化增加了结构和功能的复杂性。实际上，由于必须对去毛刺工具进行编程以接触工件(例如，轮毂角)，因此必须非常精确地编程和控制机器人系统的工艺路径和机械运动，而没有任何干扰。否则，这样的机器人系统将存在严重的机械干扰问题，这可能会导致工具崩溃。此外，为了保护运动轴，还必须将协作力分析系统集成到整个组件中，这会带来附加的复杂性和维护。
[0008]另一组去毛刺工艺可以基于其非接触性质而被分组在一起，例如各种电化学方法。然而，后者可能需要后处理以去除各种残差。
[0009]非接触式去毛刺工艺的另一示例(激光去毛刺)是本公开的主题。先进的激光技术的所有优点都可以用于激光去毛刺，因为它本质上是激光处理的应用。由于激光加工是一种无工具的非接触式工艺，因此只要要被激光处理的材料的热性能和足够的工艺控制是充足的，它就可以提供非常灵活的加工操作。
[0010]因此，激光加工没有接触工艺的上述缺点中的至少一些缺点。显然，这种技术的使用导致极少或没有消耗品。在激光加工期间，可以灵活调整激光束路径以提供期望的倒角。与实施上述传统机械方法中的一些方法的系统相比，基于激光的去毛刺系统由于结构相对简单而易于操作。
[0011]在RU2695092(C1)中公开了一种已知的激光去毛刺，RU2695092(C1)教导了一种从钛合金切割冲压锻造件的废料(dross)的方法。所公开的方法包括由功率为15kW至50kW的连续波(CW)镱(Yb)光纤激光器伴随着在20bar至30bar的压力下60m/h至90m/h的工艺气体流速来切割工件。切割速度保持在600mm/min至1，200mm/min，且工艺气体包括氩气和/或氮气。该方法还提供对所切割的工件部件进行修边，该修边是以至多55mm的厚度废料(thickness dross)进行的。然而，如此处理的部件具有锋利的边缘，这在各种工业应用中是不可接受的。
[0012]图2示出了在RU2543222中公开的已知的基于激光的去毛刺系统之一，RU2543222教导了对限定在两个正交面3和4之间的玻璃边缘2进行加工的方法。因此，两个正交面都被退火。对两个面的激光处理都要求激光束1相对于面3的平面以角度中入射到玻璃边缘2上。然而，此要求可能有两个有害后果。首先，由于金属毛刺往往会反射激光辐射并阻碍被照射金属的熔化，因此它对于具有锋利毛刺的金属边缘进行激光处理可能是无法接受的。其次，该要求需要专门配置的工作环境，该环境可能不容易获得。
[0013]USP 10442719公开了一种通过结合使用连续波(CW)CO2激光器和ps脉冲激光器对各个部件的边缘进行倒角处理的方法。能够实现高达100μm熔化深度的CW激光器是用于较粗糙表面(例如，通过切割、铣削或腐蚀加工形成的表面)的明智选择。相比之下，具有ps脉冲持续时间和几微米熔化深度的脉冲激光器是用于加工低粗糙度的表面的普遍选择。然而，用于处理毛刺的脉冲激光器的效率令人质疑。同样，该参考文献似乎教导了将激光束聚焦在边缘上，其具有以上刚刚所述的这种技术的所有缺点。
[0014]因此，需要克服已知现有技术的缺点的激光去毛刺工艺。
[0015]还需要实施本专利技术的工艺的激光去毛刺系统。

技术实现思路

[0016]本专利技术的构思利用仅聚焦在两个工件侧面中的一个侧面上的摆动的激光束，所述两个工件侧面之间限定了工件的锋利毛刺边缘。摆动的激光束最初会在辐射影响区域(RAZ)内熔化材料。随着熔化的材料冷却，它形成弯曲的光滑倒角边缘。
[0017]根据本公开的一个方面，本专利技术的激光去毛刺工艺包括：将高能摆动的激光束聚焦在工件的一个侧面上，从而熔化RAZ内的材料，该RAZ包括锋利锯齿边缘或靠近锋利锯齿边缘终止，这取决于指定的倒角宽度。RAZ内的材料被液化以形成熔池。液化材料产生的热量被传递到边缘，从而使毛刺融化。当激光束沿边缘连续行进时，液化的材料几乎立即冷却并固化，从而沿边缘的整个长度形成使边缘倒角的弯曲表面层。
[0018]根据上述方面的方法的一个特征，激光束在横向于(transverse to)光束沿着锋利边缘的位移方向的平面内摆动。摆动幅度被确定并控制为使得为RAZ提供期望的宽度，并防止激光束传播到边缘之外(精确定位激光束到材料边缘位置)。换句话说，选择摆动幅度，使得RAZ位于边缘的旁边(整个边缘区域)，即，与边缘接壤或包括边缘。然而，激光束(整个加工路径)决不会被引导超出边缘。
[0019]根据一个方面的方法的另一特征包括：控制沿着边缘的激光束位移的速度以及摆动幅度和频率。这些参数和其他参数可以根据要被激光处理的材料、边缘轮廓、RAZ的宽度和其他局部要求而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对在工件的两个横向延伸(transversely extending)的侧面之间限定的具有毛刺的边缘进行激光去毛刺和倒角处理的方法，包括以下步骤：(a)摆动入射在所述侧面中的一个侧面的表面上的激光束，从而在辐射影响区RAZ内形成所述工件的材料的熔池，所述熔池产生热量，热量被传递至所述具有毛刺的边缘并使毛刺液化，其中所述激光束不被引导超过所述具有毛刺的边缘；以及(b)平行于所述具有毛刺的边缘并横向于激光束振荡(transversely to the laser beam oscillation)来移位所述激光束，其中，所述RAZ内的材料的熔池冷却并固化，使得形成使所述边缘倒角的光滑弯曲的表面层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括将所述摆动的激光束聚焦在所述一个侧面的表面上。3.根据上述权利要求之一所述的方法，还包括控制所述激光束的摆动幅度，使得所述RAZ包括所述具有毛刺的边缘或与所述具有毛刺的边缘接壤。4.根据上述权利要求之一所述的方法，还包括控制所述激光束摆动的摆动频率和激光束功率。5.根据上述权利要求之一所述的方法，还包括控制沿着所述具有毛刺的边缘的光束位移速度，从而连续地移位摆动的激光束而不中断激光束振荡。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件的材料是金属、金属合金。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件是铝合金轮毂，所述铝合金轮毂设置有多个辐条，所述辐条从毂芯径向地延伸并具有相应的具有毛刺的边缘，所述具有毛刺的边缘各自通过所述摆动的光束被去毛刺和倒角，所述摆动的光束以100mm/sec至300mm/sec范围内的速度移位，在200Hz至2kHz的摆动频率下以在0.5mm至5mm范围中变化的摆动幅度振荡，并且具有在2kW到20kW之间的平均功率。8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述摆动幅度被控制为在0.5Wch至1.5Wch内，其中，Wch是指定的倒角宽度。9.一种用于对工件的具有毛刺的锋利边缘进行去毛刺和倒...

【专利技术属性】
技术研发人员：季国忠，
申请(专利权)人：阿帕奇北京光纤激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：