射流水辅激光与微细铣削复合制备陶瓷微通道的方法技术

本发明专利技术提供一种射流水辅激光与微细铣削复合制备陶瓷微通道的方法，将微细铣削加工技术与激光水射流加工技术有机结合在一起，激光水射流加工技术通过非接触加工能够在微小区域内利用激光能量密度高的特点使局部材料高温软化，同时在一定速度的水射流的冲击作用下及时地将激光加工后熔化和未来得及重新凝固的材料冲刷走，有效的降低微铣刀的磨损，且提高了陶瓷工件的加工质量。高了陶瓷工件的加工质量。高了陶瓷工件的加工质量。

【技术实现步骤摘要】
射流水辅激光与微细铣削复合制备陶瓷微通道的方法


[0001]本专利技术涉及微通道换热器制备
，尤其涉及一种射流水辅激光与微细铣削复合制备陶瓷微通道的方法。

技术介绍

[0002]电子设备是指由集成电路、晶体管、电子管等电子元器件组成，应用电子技术软件发挥作用的设备，包括电子计算机以及由电子计算机控制的机器人、数控或程控系统等，电子设备的制造推动了电子技术的发展，也丰富了人们的生活。在市场竞争激烈的大环境下，电子设备逐渐趋向功能丰富、性能提升、尺寸缩减、可靠性增强的方向发展，一方面，电子设备的功能和性能越来越高，进而单个元器件的功率越来越大，安装的电子元器件数量越来越多；另一方面，电子设备的体积越来越小，使得电子设备零部件安装密度迅速攀升，元器件的热流密度飞速扩张。因此，这对电子设备的热控制能力提出了越来越高的要求，而微通道换热器的应用可满足电子设备散热的要求，微通道换热器由于其结构紧凑，换热能力强等优点，其在嵌入式技术及高性能运算依赖程度较高的航空航天、现代医疗、化学生物工程等诸多领域具有广阔的应用前景。
[0003]然而，微通道换热器一般需要加工数十个特征尺寸为几十微米到几百微米的微槽组成，结构复杂，加工次数多，多为高深宽比的微通道，如图1所示的陶瓷矩形微通道换热器，内壁厚度δ为0.13mm，通道长度为21.1mm，其由60个微通道组成，每个通道的宽度d为0.26mm，高度L为0.64mm，属于深宽比较大的微通道，是典型的难加工结构。因此，这对加工技术提出了非常高的要求。
[0004]目前，用于矩形微通道制造的微加工技术主要有：光刻法、离子束加工、微细电火花线切割、微细电化学、激光加工和微细铣削技术等，其中，光刻法只能加工深度比较低的准三维微小零件，且受限于硅等少数材料；离子束加工技术能够加工出具有较高精度的高深宽比通道的微小零件，但是加工设备费用贵、成本高、加工效率低；微细电火花和微细电化学加工方法对电极的要求比较高，存在电极损耗严重和加工效率较低的问题；激光加工技术加工效率较高且为无接触加工，但是已加工表面容易产生重凝层、微裂纹和热影响区等缺陷，形成的表面质量较差；微细铣削技术具有成本低、加工材料范围广、加工精度高、加工效率快、加工灵活性高等优点，是一种针对制备高深宽比微通道的有效加工方法，但在加工矩形高深宽比陶瓷微通道换热器时大长径比微铣刀磨损严重、使得刀具寿命低，需要多次换刀，且会导致微通道一致性较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开的一种射流水辅激光与微细铣削复合制备陶瓷微通道的方法，解决了当前各种微通道制造的微加工技术存在的问题，将微细铣削加工技术与激光水射流加工技术有机结合在一起，激光水射流加工技术通过非接触加工能够在微小区域内利用激光能量密度高的特点使局部材料高温软化，同时在一定速度的水射流的冲击作用下及时地将激光
加工后熔化和未来得及重新凝固的材料冲刷走，有效的降低微铣刀的磨损，且提高了陶瓷工件的加工质量。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案具体是这样实现的：
[0007]本专利技术公开一种射流水辅激光与微细铣削复合制备陶瓷微通道的方法，包括以下步骤：
[0008]S1：利用夹具将陶瓷工件安装在微细铣削加工平台上，工件的上表面作为待加工平面；
[0009]S2：采用面铣刀去除陶瓷工件表面杂质，使其平面度误差低于1μm；
[0010]S3：将经步骤S2处理后的陶瓷工件移动至激光水射流加工平台上的激光器镜头下面；
[0011]调节多自由度CCD电子显微镜，直至可看见清晰的物像；
[0012]调节旁轴射流器，使喷嘴倾斜一定角度并与激光焦点的位置保持一定的偏移距离；
[0013]开启激光器和旁轴射流器，设置旁轴射流器中旁轴水射流的加工工艺参数；设置激光器中激光的加工工艺参数，进行陶瓷工件的射流水辅激光初成型加工，将陶瓷工件加工成“V”或“U”型初成型微通道；
[0014]S4：将初成型的陶瓷工件移动到微细铣削加工平台上，更换铣刀为大长径比金刚石微铣刀，并将金刚石微铣刀与微细铣削加工平台上的主轴进行连接，利用多自由度CCD电子显微镜进行辅助对刀；
[0015]S5：规划金刚石微铣刀的走刀轨迹，编写加工程序，开启微细铣削加工平台的控制系统，对步骤S3获得的初成型微通道进行微细铣削修形控性加工；
[0016]沿矩形微通道深度方向上和周期方向上均采用逐层加工法，每层加工结束后均进行刀具状态检测，并重复步骤S4，继续去除加工余量直至所需深度；
[0017]S6：当矩形微通道加工完毕后，更换大长径比金刚石微铣刀并重复步骤S4，按照步骤S5设定的走刀轨迹再次进行超精密加工。
[0018]进一步地，步骤S2中，所述面铣刀直径为1mm
‑
3mm的金刚石涂层端面铣刀。
[0019]进一步地，步骤S3中，激光器中激光的加工工艺参数设置为：激光器的脉冲宽度为1
‑
10ms，脉冲激光功率为0
‑
500W，扫描速度为4
‑
10mm/s，重复频率为1
‑
10kHz；旁轴射流器中旁轴水射流的加工工艺参数设置为：水射流压力小于1MPa，水射流速度为10
‑
20m/s，喷嘴直径为0.5
‑
1mm，水射流角度为10
°‑
60
°
；且加工过程中沿微通道深度方向不间断地调整激光焦点的位置，使焦平面与待去除材料表面相重合，与此同时，在激光加工整个过程水射流要一直冲击加工区域。
[0020]进一步地，步骤S4中，所述金刚石微铣刀为直径0.2mm且长径比≥3的金刚石微铣刀。
[0021]进一步地，步骤S5中，微细铣削加工平台上的主轴转速为20000
‑
40000r/min，每齿进给量为0.3
‑
1.2μm/z，切削深度为1
‑
3μm。
[0022]进一步地，步骤S6中，微细铣削加工平台上的主轴转速为20000
‑
50000r/min，每齿进给量为0.3
‑
1.2μm/z，切削深度为1
‑
4μm。
[0023]进一步地，所述陶瓷工件的纯度约为95％，加工完毕后的矩形微通道的宽度为
0.26
‑
0.3mm，高度为0.64
‑
0.8mm，通道长度为21.1
‑
23.2mm，内壁厚度为0.13
‑
0.15mm。
[0024]进一步地，步骤S3中，调节旁轴射流器，使喷嘴倾斜30
°
，且与激光焦点的偏移距离为5mm。
[0025]有益技术效果：
[0026]1、本专利技术公开一种射流水辅激光与微细铣削复合制备陶瓷微通道的方法，解决了当前各种微通道制造的微加工技术存在的问题，将微细铣削加工技术与激光水射流加工技术有机结合在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射流水辅激光与微细铣削复合制备陶瓷微通道的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：利用夹具将陶瓷工件安装在微细铣削加工平台上，工件的上表面作为待加工平面；S2：采用面铣刀去除陶瓷工件表面杂质，使其平面度误差低于1μm；S3：将经步骤S2处理后的陶瓷工件移动至激光水射流加工平台上的激光器镜头下面；调节多自由度CCD电子显微镜，直至可看见清晰的物像；调节旁轴射流器，使喷嘴倾斜一定角度并与激光焦点的位置保持一定的偏移距离；开启激光器和旁轴射流器，设置旁轴射流器中旁轴水射流的加工工艺参数；设置激光器中激光的加工工艺参数，进行陶瓷工件的射流水辅激光初成型加工，将陶瓷工件加工成“V”或“U”型初成型微通道；S4：将初成型的陶瓷工件移动到微细铣削加工平台上，更换铣刀为大长径比金刚石微铣刀，并将金刚石微铣刀与微细铣削加工平台上的主轴进行连接，利用多自由度CCD电子显微镜进行辅助对刀；S5：规划金刚石微铣刀的走刀轨迹，编写加工程序，开启微细铣削加工平台的控制系统，对步骤S3获得的初成型微通道进行微细铣削修形控性加工；沿矩形微通道深度方向上和周期方向上均采用逐层加工法，每层加工结束后均进行刀具状态检测，并重复步骤S4，继续去除加工余量直至所需深度；S6：当矩形微通道加工完毕后，更换大长径比金刚石微铣刀并重复步骤S4，按照步骤S5设定的走刀轨迹再次进行超精密加工。2.根据权利要求1所述的一种射流水辅激光与微细铣削复合制备陶瓷微通道的方法，其特征在于，步骤S2中，所述面铣刀直径为1mm
‑
3mm的金刚石涂层端面铣刀。3.根据权利要求1所述的一种射流水辅激光与微细铣削复合制备陶瓷微通道的方法，其特征在于，步骤S3中，激光器中激光的加工工艺参数设置为：激光器的脉冲宽度为1
‑
10ms，脉冲激光功率为0
‑
500W，扫描速度为4
‑
10mm/s，重复频率为1
‑
10kHz；旁轴射流器中旁轴水射流的加工工艺参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩锦锦，仇庆青，雷卫宁，丁凯，马瑞，孔令蕾，李奇林，何斌，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：