飞秒激光辅助电解加工盲孔装置及其工作方法制造方法及图纸

飞秒激光辅助电解加工盲孔装置及其工作方法，属于电化学加工技术领域，包括机床本体，机床本体包括电解加工机床和飞秒激光工作台，所述电解加工机床内部设置有电解液循环系统，电解加工机床上部设置有Z向运动单元、阴极加工装置、阳极夹具平台、水平工作台、入水管、流道腔以及出水管；所述飞秒激光工作台包括气动隔振平台，气动隔振平台上设置有飞秒激光器、光束聚焦部件以及基座。本发明专利技术在电解加工盲孔过程中，利用飞秒激光诱导产生的空化溃灭冲击和射流冲击作用辅助去除极间间隙的电解产物，并改善间隙内的流场状况，使电解液流更加顺畅，促进被加工金属材料的电解蚀除，提高电解加工的精度与稳定性。加工的精度与稳定性。加工的精度与稳定性。

【技术实现步骤摘要】
飞秒激光辅助电解加工盲孔装置及其工作方法


[0001]本专利技术属于电化学加工
，特别是涉及到飞秒激光辅助电解加工盲 孔装置及其工作方法。

技术介绍

[0002]电解加工是一种特种加工技术，目前在微细加工中已占有重要的位置。电解 加工是基于金属工件在电解液中发生阳极溶解的减材制造技术。在电解加工过 程中，工具阴极接电源负极，工件阳极接电源正极，在工具阴极和工件阳极之 间保持较小的极间间隙(10um～20um)，让高速电解液从间隙中流过，在间隙上 施加低电压、高电流密度的连续或脉冲直流电，使两极之间形成导电通路，并 在电源电压下产生电流，此时阳极表面发生电化学氧化反应实现材料去除，电 解产物与热量被电解液冲走，工件阴极向阳极进给运动，最终两极间各处的间 隙趋于一致，工件表面形成与工具工作面基本相似的形状。
[0003]当飞秒激光作用于液体中，若飞秒激光能量达到液体介质的击穿阈值，液体 会被击穿产生等离子腔体，等离子腔体继续吸收激光能量，便会加速膨胀形成 空泡。如果飞秒激光诱导的初级空化气泡临近薄液层的气液界面附近，或者当 空泡在固液交界面附近运动时，都会使空泡两侧产生一个压力差的作用，使空 化气泡发生不对称坍缩现象，将在飞秒激光聚焦焦点处形成一个连续的、定向 的高速微射流，在空泡脉动溃灭过程伴随产生冲击波和微射流作用，会对材料 表面形成力学作用，从而对材料进行强化和微成形加工；除此之外，目前已有 研究人员将飞秒激光诱导产生的微射流用于辅助激光加工过程，由于飞秒激光 诱导产生的微射流具有高速和高冲击力的特点，可以瞬间、定向地去除飞秒激 光焦点周围的二次气泡和烧蚀碎片，从而能够获得非常稳定的材料去除过程。
[0004]根据现有的硏究成果可知,电解加工在进行小间隙加工盲孔时，由于加工间 隙过小，会导致电解液的流场状况不佳，进出口流场突变，流量供应不足，并 且阳极工件的电解蚀除速度较低，同时，电解加工产物不易排除，当加工产物 持续堆积在加工区域，不仅容易导致短路的发生，还会极大程度的影响电解加 工过程的精度与稳定性。为了解决上述电解加工盲孔时存在的难题，通过飞秒 激光辅助电解加工盲孔装置及工作方法来弥补该加工技术存在的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供飞秒激光辅助电解加工盲孔装置及其 工作方法，在电解加工盲孔过程中，利用飞秒激光诱导产生的空化溃灭冲击和 射流冲击作用辅助去除极间间隙的电解产物，并改善间隙内的流场状况，使电 解液流更加顺畅，促进被加工金属材料的电解蚀除，提高电解加工的精度与稳 定性。
[0006]飞秒激光辅助电解加工盲孔装置，包括机床本体，机床本体包括电解加工 机床和飞秒激光工作台，其特征是：所述电解加工机床内部设置有电解液循环 系统，电解加工机床上部设置有Z向运动单元、阴极加工装置、阳极夹具平台、 水平工作台、入水管、流道腔以
及出水管，所述水平工作台设置在电解加工机 床上部；所述阳极夹具平台设置在水平工作台上部，与电源正极连接；所述流 道腔设置在阳极夹具平台的上部，流道腔的侧壁上设置有入水管和出水管，所 述入水管和所述出水管均与电解液循环系统连接；所述Z向运动单元通过立柱 设置在电解加工机床上部；所述阴极加工装置设置在Z向运动单元上，与电源 负极连接；
[0007]所述飞秒激光工作台包括气动隔振平台，气动隔振平台上设置有飞秒激光 器、光束聚焦部件以及基座，所述光束聚焦部件以及基座通过定位夹具设置在 基座上；所述飞秒激光器与光束聚焦部件通过封闭光路连接，飞秒激光器出射 激光束经过封闭光路及光束聚焦部件后出射至流道腔透过侧壁照射至电解液 中。
[0008]所述阳极夹具平台包括三抓卡盘和夹具底座，所述三抓卡盘通过磁力吸附 在所述夹具底座上。
[0009]所述流道腔为石英玻璃腔体。
[0010]所述光束聚焦部件内部设置有激光光路汇聚系统，包括扩束镜、反光镜、 聚焦透镜。
[0011]飞秒激光辅助电解加工盲孔装置的工作方法，其特征是：应用所述的飞秒 激光辅助电解加工盲孔装置，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
[0012]步骤一、开启电解加工机床，机床处于系统自检状态；
[0013]步骤二、安装阴极加工装置，固定好阳极夹具平台，将流道腔固定在阳极 夹具平台上，将电解液循环系统通过入水管和出水管与流道腔连接，通过开电 解加工机床操作面板，控制电解液保持冲洗状态，使电解液充满整个流道腔并 保持稳定；开启飞秒激光器，观察激光束焦点在流道腔内部的位置，要求焦点 位置在阳极上表面极间间隙处并与阳极保持一定距离；
[0014]步骤三、关闭激光器以及电解液循环系统，打开机床主控程序面板，调节 Z向运动单元，完成阳极夹具平台和阴极加工装置的对刀操作，并将坐标归零；
[0015]步骤四、设置电解加工频率、进给速度、电解液压强，开启电解液循环系 统，进行微细电解加工过程；同时设置激光器参数，激光波长、单脉冲能量、 脉冲宽度以及重复频率，将飞秒激光器开启，高能量的飞秒激光在流道腔的电 解液中诱导击穿产生空化泡，空化泡在电解液中生长直至溃灭，空化泡溃灭使 气泡内部所储存的势能转换成较小体积流体的动能，形成高能量微型电解液射 流，将电解产物的及时排除以及钝化膜的去除；
[0016]步骤五、根据待加工盲孔深度除以阴极进给速度，获得加工时间，待加工 结束后，关闭激光器及电解液循环系统；
[0017]至此，激光诱导空化射流辅助微细电解加工的方法完成。
[0018]所述步骤二中，若激光束焦点位置不满足要求，关闭飞秒激光器，调节光 束聚焦部件内部光学元器件的角度和位置，重新开启激光器观察焦点位置。
[0019]通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：飞秒激光辅助电解加 工盲孔装置及其工作方法，可以改善电解加工过程中的流场分布，使电解加工 过程的流场更稳定，电解液冲刷更充分，有利于将加工区域附近的电解产物更 有效的去除；增强电化学反应速率，减少或避免短路过程发生；有利于提高电 解过程的稳定性和精度。
附图说明
[0020]以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明：
[0021]图1为本专利技术飞秒激光辅助电解加工盲孔装置结构示意图。
[0022]图2为本专利技术飞秒激光辅助电解加工盲孔装置阳极夹具平台结构示意图。
[0023]图3为本专利技术飞秒激光辅助电解加工盲孔装置光束聚焦部件结构示意图。
[0024]图中1
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机床本体、3
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Z向运动单元、4
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阴极加工装置、5
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阳极夹具平台、 6
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水平工作台、7
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入水管、8
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流道腔、9
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出水管、10
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飞秒激光器、11
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封闭光 路、12
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光束聚焦部件、13
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定位夹具、15
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.飞秒激光辅助电解加工盲孔装置，包括机床本体(1)，机床本体(1)包括电解加工机床和飞秒激光工作台，其特征是：所述电解加工机床内部设置有电解液循环系统，电解加工机床上部设置有Z向运动单元(3)、阴极加工装置(4)、阳极夹具平台(5)、水平工作台(6)、入水管(7)、流道腔(8)以及出水管(9)，所述水平工作台(6)设置在电解加工机床上部；所述阳极夹具平台(5)设置在水平工作台(6)上部，与电源正极连接；所述流道腔(8)设置在阳极夹具平台(5)的上部，流道腔(8)的侧壁上设置有入水管(7)和出水管(9)，所述入水管(7)和所述出水管(9)均与电解液循环系统连接；所述Z向运动单元(3)通过立柱设置在电解加工机床上部；所述阴极加工装置(4)设置在Z向运动单元(3)上，与电源负极连接；所述飞秒激光工作台包括气动隔振平台(17)，气动隔振平台(17)上设置有飞秒激光器(10)、光束聚焦部件(12)以及基座(15)，所述光束聚焦部件(12)以及基座(15)通过定位夹具(13)设置在基座(15)上；所述飞秒激光器(10)与光束聚焦部件(12)通过封闭光路(11)连接，飞秒激光器(10)出射激光束经过封闭光路(11)及光束聚焦部件(12)后出射至流道腔(8)透过侧壁照射至电解液中。2.根据权利要求1所述的飞秒激光辅助电解加工盲孔装置，其特征是：所述阳极夹具平台(5)包括三抓卡盘(501)和夹具底座(502)，所述三抓卡盘(501)通过磁力吸附在所述夹具底座(502)上。3.根据权利要求1所述的飞秒激光辅助电解加工盲孔装置，其特征是：所述流道腔(8)为石英玻璃腔体。4.根据权利要求1所述的飞秒激光辅助电解加工盲孔装置，其特征是：所述光束聚焦部件(12)内部设置有激光光路汇聚系统，包括扩束镜、反光镜、聚焦透镜。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：邓浩然，任万飞，许金凯，李一全，陶金，孙辉辉，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：