一种激光-电解同位组合加工金属微结构的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种激光

【技术实现步骤摘要】
一种激光
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电解同位组合加工金属微结构的方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种激光
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电解同位组合加工金属微结构的方法及装置，属于特种加工


技术介绍

[0002]金属微结构，它们常是产品关键功能与性能实现、提升和创新的主控载体，如微孔、微缝、微坑、微沟槽、微纳复合分级表面结构等，往往是实现精细过滤/筛分、喷雾、传质传热强化、减摩降阻、生物兼容、控光调色、隐身降噪、防污抗粘、自洁等功能的主要载体。特别是，先进航空发动机中关键零部件采用了大量的孔槽结构来提高其综合性能。受极端工作环境和使役性能要求，这些孔槽结构通常是高温合金、钛合金、不锈钢等难切削材料制成，且加工表面不允许有重铸层、微裂纹等缺陷。
[0003]至今，金属微结构制造技术已有十多种，包括机械微加工、激光加工、电火花加工、磨料水射流加工、化学刻蚀加工、微细电铸加工和微细电解加工等。这其中，激光加工凭借加工效率高、工艺柔性好等优势得到广泛应用，但是激光加工表面存在重铸层和热影响区，对一些薄壁、微尺度的产品性能影响较大；而利用阳极电化学溶解效应实现材料去除的电解加工兼具原理与工艺优势，其可加工性与材料力学性能无关，具有成形面无应力、无裂纹、无再铸层等缺陷，无工具损耗等优势，在金属微结构制造方面凸显特别之处。但是电解加工目前也存在加工效率低、电解产物排出困难等问题。因此，有必要设计一种更好的加工方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提出一种结合激光加工和电解加工的工艺优势并克服彼此的工艺缺陷，从而高加工效率、高加工质量的制备金属微结构的激光
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电解同位组合加工方法及装置。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一方面提出了一种激光
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电解同位组合加工金属微结构的方法，包括：
[0007]步骤一：工件通过工件夹具固定安设于电解液槽内，电解液槽固定安设于X轴进给装置上；
[0008]步骤二：根据金属微结构的设计图案，通过所述X轴进给装置和Y轴进给装置将所述工件上首个加工区移动至激光器正下方，打开激光器并通过Z轴进给装置使激光光束聚焦于所述工件表面，开始激光加工。
[0009]步骤三：待首个加工区完成后，通过所述X轴进给装置和Y轴进给装置将所述工件按照设计图案的第二个加工区移动至激光器正下方，进行激光加工，重复步骤三，直至所述工件表面上的设计图案加工完成。
[0010]步骤四：激光加工完毕后，再通过所述X轴进给装置和Y轴进给装置将所述工件表面上激光加工区域移动至电解加工电极的正下方，打开压力泵使电解液浸没工件表面，并
通过Z轴进给装置调节电极距所述工件表面达到预设的加工间隙，打开电解电源，利用电化学阳极氧化原理去除激光加工产生的氧化层、喷溅物和重铸层，完成加工后断开电解电源；
[0011]进一步，所述激光器为超短脉冲激光器。
[0012]本专利技术另一方面还提出了一种激光
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电解同位组合加工金属微结构的加工装置，包括所述工件通过工件夹具固定安设于电解液槽内，所述电解液槽固定安设于X轴进给装置上，所述X轴进给装置固定安设于Y轴进给装置，所述Y轴进给装置固定安设于工作台上，所述Z轴进给装置通过支撑架固定安设于工作台上，且所述Z轴进给装置的一侧设有激光器，另一侧设有电极，所述电极和所述工件分别连接电解电源的负极和正极，所述进液管设有压力泵和过滤器，通过压力泵将电解液箱中的过滤后的电解液持续地供给到电解液槽中，加工后的电解液通过出液管排回电解液箱
[0013]进一步，所述电极和工件表面的电解加工间隙为1mm
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30mm。
[0014]进一步，所述电极和工件表面的电解加工间隙通过Z轴进给装置调节。
[0015]进一步，所述激光器光束在工件上的聚焦通过Z轴进给装置调节。
[0016]进一步，所述电解液槽中电解液的液面高度通过压力泵调控，所述电解液的液面高度位于所述工件表面上方1mm
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40mm厚度处。
[0017]进一步，所述电解液为低电导率中性钝化电解液。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]本专利技术激光
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电解同位组合加工金属微结构的方法，结合激光加工和电解加工的工艺优势并克服彼此的工艺缺陷，通过X轴进给装置和Y轴进给装置精确调节工件的加工位置，通过Z轴进给装置进行激光光束的对焦以及电解加工间隙的调节，在整个加工过程中工件只需一次装夹，减免了二次装夹误差，提高了微结构的加工精度。先采用激光束在工件材料加工出微结构，然后通过电解加工去除激光加工后产生的毛刺、飞边和重铸层等缺陷，从而高效、高表面质量的制备出金属微结构。在先进航空发动机中关键零部件上金属微结构的加工制造中具有极其重要的意义，提高先进航空发动机的综合性能，满足极端工作环境和使役性能要求。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一种激光
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电解同位组合加工金属微结构的装置结构示意图；
[0021]图1中标号名称：1、支撑架，2、激光器，3、Z轴进给装置，4、电极，5、电解液槽，6、工件，7、工件夹具，8、电解电源，9、进液管，10、X轴进给装置，11、压力泵，12、Y轴进给装置，13、出液管，14、工作台，15、电解液箱，16、过滤器。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清晰、详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]为了解决现有技术存在的问题，如图1所示，本专利技术提供一种激光
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电解同位组合加工金属微结构的方法，包括以下步骤：
[0024]步骤一：工件6通过工件夹具7固定安设于电解液槽5内，电解液槽5固定安设于X轴进给装置10上，工件6和电极4分别连接电解电源8的正极和负极；
[0025]步骤二：根据金属微结构的设计图案，通过所述X轴进给装置10和Y轴进给装置12将所述工件6上首个加工区移动至激光器2正下方，打开激光器2并通过Z轴进给装置3使激光光束聚焦于所述工件6表面，开始激光加工。在本实施例中激光器2为红外皮秒激光器。
[0026]步骤三：待首个加工区完成后，通过所述X轴进给装置10和Y轴进给装置12将所述工件6按照设计图案的第二个加工区移动至激光器2正下方，进行激光加工，重复步骤三，直至所述工件6表面上的设计图案加工完成。
[0027]步骤四：激光加工完毕后，再通过所述X轴进给装置10和Y轴进给装置12将所述工件6表面上激光加工区域移动至电解加工电极4的正下方，打开压力泵11使电解液浸没工件6表面，并通过Z轴进给装置3调节电极4距所述工件6表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光
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电解同位组合加工金属微结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、工件通过工件夹具固定安设于电解液槽内，电解液槽固定安设于X轴进给装置上；步骤二、根据金属微结构的设计图案，通过所述X轴进给装置和Y轴进给装置将所述工件上首个加工区移动至激光器正下方，打开激光器并通过Z轴进给装置使激光光束聚焦于所述工件表面，开始激光加工。步骤三、待首个加工区完成后，通过所述X轴进给装置和Y轴进给装置将所述工件按照设计图案的第二个加工区移动至激光器正下方，进行激光加工，重复步骤三，直至所述工件表面上的设计图案加工完成。步骤四、激光加工完毕后，再通过所述X轴进给装置和Y轴进给装置将所述工件表面上激光加工区域移动至电解加工电极的正下方，打开压力泵使电解液浸没工件表面，并通过Z轴进给装置调节电极距所述工件表面达到预设的加工间隙，打开电解电源，利用电化学阳极氧化原理去除激光加工产生的氧化层、喷溅物和重铸层，完成加工后断开电解电源。2.根据权利要求1所述的一种激光
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电解同位组合加工金属微结构的方法，其特征在于：所述激光器为超短脉冲激光器。3.一种激光
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电解同位组合加工金属微结构的加工装置，其特征在于：所述工件通过工件夹具固定安设于电解液槽内，所述电解液槽固定安设于X轴进给装置上，所述X轴进给装置固定安设于Y轴进给装置，所述Y轴进给装置固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛声宏，江裕雷，
申请(专利权)人：中航工业南京伺服控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：