專利名稱：鉆孔裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)用于將一個(gè)鉆孔置入一個(gè)工件中的鉆孔裝置。
背景技術(shù)：
為了能夠制造高精度的鉆孔，特別是還具有一個(gè)漏斗形的鉆孔出口的鉆孔，越來越多地應(yīng)用了鉆孔激光器。這種鉆孔激光器具有的優(yōu)點(diǎn)在于，可以迅速並高度柔性地工作，其中，不僅是通孔而且漏斗形的鉆孔都可以被制造加工。另外借助這個(gè)鉆孔激光器還可以鉆一種用陶瓷覆層的結(jié)構(gòu)件。和傳統(tǒng)的用麻花鉆的鉆孔方法相比較，在激光鉆孔時(shí)不會(huì)涉及會(huì)被磨損的鉆頭的附加成本，因此和傳統(tǒng)的鉆孔相比，該激光鉆孔能夠成本低地實(shí)施。另外的大優(yōu)點(diǎn)是，該激光鉆孔是無接觸地實(shí)現(xiàn)的並且與傳統(tǒng)的鉆孔方法相比還能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀的孔的加工。
為了在工件中加工出孔，該鉆孔激光器發(fā)射短的高頻光脈沖。通過被設(shè)置在那里的這種高的局部的能量，實(shí)現(xiàn)了材料剝除或者說最好在繞開熔液相的情況下通過沖擊式的氣化實(shí)現(xiàn)該鉆孔。
但是，在已知的鉆孔激光器中經(jīng)常存在的危險(xiǎn)是，熔化余物或熔渣沉積在一鉆孔邊緣上，並且因此可能發(fā)生一個(gè)所謂的“再鑄造”。然而，在鉆孔邊緣上的熔化余物或熔渣余物的沉積是不希望的，因?yàn)橛纱嗽谀承┣闆r下可能嚴(yán)重地影響鉆孔的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，解決開頭所述類型的鉆孔裝置的技術(shù)問題，提出一個(gè)改進(jìn)的結(jié)構(gòu)方案，借助它可以制造一個(gè)具有高質(zhì)量的鉆孔。
按照本發(fā)明，提出了一種在一個(gè)工件中加工出孔的鉆孔裝置，具有一個(gè)鉆孔激光器，它產(chǎn)生一種適于產(chǎn)生孔的激光射束；具有一個(gè)射束噴嘴，用于產(chǎn)生一個(gè)朝孔方向流動(dòng)的並且基本上同軸心地包套激光射束的氣體射束，該氣體射束一方面將熔化物從孔中吹出並且另一方面阻止該熔化物朝鉆孔裝置方向上的回濺；其中，該氣體射束的直徑至少在鉆孔開口處小于通過激光射束產(chǎn)生的孔的直徑。
通過以下措施，進(jìn)一步改進(jìn)了上述方案的鉆孔裝置。
本發(fā)明基于的一般構(gòu)思是，在一個(gè)鉆孔裝置中，具有一個(gè)產(chǎn)生激光射束的鉆孔激光器和一個(gè)用于產(chǎn)生朝孔方向流動(dòng)的氣體射束的射束噴嘴，使該氣體射束的直徑至少在鉆孔開口處保持在小于通過激光射束產(chǎn)生的鉆孔的直徑。在此，由該鉆孔激光器產(chǎn)生所述適于產(chǎn)生孔的激光射束，該激光射束在鉆孔期間被氣體射束最好同軸心地包套。該氣體射束一方面用于將熔化物余物或熔渣余物從該孔中吹出並且另一方面防止熔化物的回濺，特別是該熔化物朝鉆孔裝置方向上或朝鉆孔裝置的聚焦裝置方向上的回濺必須被避免，因?yàn)槟菢涌赡芪廴净驌p害該聚焦裝置，例如一個(gè)透鏡。
通過本發(fā)明構(gòu)思使氣體射束的直徑保持小于該孔的直徑就可實(shí)現(xiàn)，該氣體射束在鉆孔期間不與鉆孔側(cè)邊緣接觸地流入到該鉆孔中並且最好沿著孔內(nèi)壁又朝鉆孔開口向外地流動(dòng)以及在此將熔化物余物或熔渣余物從該鉆孔中運(yùn)送出去。因?yàn)樵摎怏w射束在流入到該鉆孔中時(shí)不會(huì)碰到該鉆孔邊緣上，因此在這個(gè)區(qū)域中一方面不會(huì)發(fā)生不希望的渦流，該渦流則可能引起所謂的死水區(qū)域並且在其中會(huì)發(fā)生再鑄造，以及另一方面也不會(huì)發(fā)生熔化物余物或熔渣余物朝鉆孔裝置方向的往回濺射。反而是，未被氣化的熔渣余物或熔化物余物在從鉆孔中吹出並到達(dá)鉆孔開口時(shí)被沿徑向離開鉆孔激光器的激光射束向外地吹離。因此，在較大地放大后觀察一個(gè)通過該鉆孔的截面圖時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)氣體流，它基本上在該鉆孔的中心流入這個(gè)鉆孔中直到達(dá)到一個(gè)鉆孔底部，並且在該鉆孔的邊緣處又朝鉆孔開口返回地流出以及在此將不希望的鉆孔余渣運(yùn)送到外部。
按照本發(fā)明解決方案的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式，該氣體射束的直徑至少在鉆孔開口處為該鉆孔直徑的約65-85％。該氣體射束的直徑的這個(gè)大概的尺寸范圍表明了，這個(gè)氣體射束的直徑與鉆孔直徑相比較是明顯小的，因此，可以避免該氣體射束在鉆孔邊緣上的碰觸並且因此可以避免熔化物余物或熔渣余物遺留在鉆孔中。因此，在氣體射束的直徑為鉆孔直徑的約65％時(shí)，在鉆孔的邊緣側(cè)相應(yīng)地留下該直徑的約17，5％提供給一個(gè)由該鉆孔出來的與所述氣體射束相反作用的返回流，因此，可以確保該氣體射束的最好為在中心的到該鉆孔中的入流並能夠確保邊緣側(cè)的向上流，它同時(shí)將熔化物余物去除和吹出。
按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式，該射束噴嘴被構(gòu)造為拉瓦爾-噴嘴或者具有至少一個(gè)拉瓦爾-噴嘴。一個(gè)拉瓦爾-噴嘴通常具有一個(gè)在流入側(cè)首先減小並然后又增大的橫截面，因此可以實(shí)現(xiàn)，該氣體射束在從該拉瓦爾-噴嘴排出之后具有一個(gè)比在進(jìn)入這一噴嘴時(shí)更高的射流速度。借助這種拉瓦爾-噴嘴就例如能實(shí)現(xiàn)，將一個(gè)亞音速進(jìn)入的氣體流加速到超音速。在此，按照結(jié)構(gòu)方案也可以環(huán)形地圍繞該激光射束安置多個(gè)射束噴嘴或拉瓦爾-噴嘴。
按目的要求，該射束噴嘴被如此構(gòu)造，使得該氣體射束至少直至該鉆孔開口截錐形地收斂。該氣體射束的這種截錐形的構(gòu)造改善了將熔化物袋物或熔渣余物從鉆孔中吹出的性能，因?yàn)樘貏e是這些被吹出的余渣在到達(dá)該鉆孔開口時(shí)被離開該鉆孔激光器的激光射束地沿徑向往外地偏轉(zhuǎn)離開並因此可以特別有效地阻止該熔化物朝鉆孔裝置方向上的回濺。在此還可以考慮，該射束噴嘴被附加地或作為替代方案地如此構(gòu)造，使得該氣體射束至少直至該鉆孔開口基本上螺旋形地圍繞該激光射束繞行。由此可以實(shí)現(xiàn)，該熔化物余物或熔渣余物也以螺旋形地從鉆孔中被吹出並且由于其離心力在到達(dá)該鉆孔開口時(shí)被沿徑向離開激光射束地拋離出去。
有利的是，該射束噴嘴被如此構(gòu)造，使得該氣體射束至少直至該鉆孔開口基本上平行于激光射束地延伸。
有利的是，該氣體射束的壓力可達(dá)到220巴。
有利的是，該鉆孔激光器是一個(gè)脈沖式的激光器。
本發(fā)明的另外的重要的特征和優(yōu)點(diǎn)可從附圖中和所屬的借助附圖的


中獲得。

本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例被描繪在附圖中並且在隨后的說明書中被詳細(xì)地解釋，其中，相同的參考標(biāo)號涉及相同的或類似的或功能相同的組成構(gòu)件。
其中分別示意地表明圖1是一個(gè)通過本發(fā)明鉆孔激光器和一個(gè)由它所鉆的鉆孔的橫截面圖，圖2是一個(gè)如圖1的但具有一個(gè)另外的氣體射束流動(dòng)走向的視圖，圖3是一個(gè)如圖1的但具有一個(gè)另外的鉆孔激光器和一個(gè)另外的氣體射束流動(dòng)走向的視圖。
具體實(shí)施例方式
按照圖1，將一個(gè)孔2加工到一個(gè)工件3中的本發(fā)明鉆孔裝置1具有一個(gè)鉆孔激光器4以及一個(gè)射束噴嘴5。這種鉆孔裝置1例如被應(yīng)用于在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片中加工冷卻空氣孔，其中一般能實(shí)現(xiàn)，不僅設(shè)置圓柱形孔2而且還設(shè)置復(fù)雜形狀的孔，例如具有一個(gè)漏斗形的鉆孔開口10的孔。這種漏斗形的鉆孔開口10有助于從孔2中出來的冷卻空氣的均勻分布和因此能實(shí)現(xiàn)該渦輪葉片的一個(gè)均勻的薄膜冷卻。
該鉆孔裝置1具有一個(gè)高速的工作方式以及一個(gè)高的柔性。此外還可以加工陶瓷覆層的結(jié)構(gòu)件例如渦輪葉片。因?yàn)樵摷す忏@孔一般是無接觸地進(jìn)行的，故不存在易磨損的鉆頭的刀具成本，因此該鉆孔過程一般可以成本低地被實(shí)施。
該鉆孔激光器4產(chǎn)生激光射束6，它適合于在工件3中加工出孔2。該激光射束6在從鉆孔裝置1射出之前借助一個(gè)聚焦裝置7被聚束並因此被強(qiáng)聚焦。這個(gè)真正的鉆孔過程通過已聚焦的激光射束6實(shí)現(xiàn)，它由高頻的和脈沖式的光線構(gòu)成。在此可以產(chǎn)生直達(dá)50焦耳(Joule)的能量以及高于16000K的溫度。
該射束噴嘴5產(chǎn)生一個(gè)向孔2方向上流動(dòng)的並且同軸線地包套激光射束6的氣體射束8，它一方面由孔2中吹出熔化物9並且另一方面防止該熔化物9向鉆孔裝置1的方向上的回濺。在此，該氣體射束8可以在該鉆孔裝置1運(yùn)行時(shí)具有一個(gè)可以達(dá)到或超過音速的流動(dòng)速度。
通過本發(fā)明的解決方案，首先應(yīng)避免渦流的形成，該渦流會(huì)在孔2的內(nèi)壁12上產(chǎn)生死水區(qū)域並且有助于引起所謂的“再鑄造”，即熔化物9的沉積。此外，為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)盡可能有效的對孔2的吹凈以及一個(gè)盡可能有效的防止該熔化物9向鉆孔裝置1方向上的回濺，該氣體射束8至少在鉆孔開口10處的一個(gè)直徑dG要小于該由激光射束6所制造的孔2的一個(gè)直徑dB。在此優(yōu)選，該氣體射束8至少在鉆孔開口10處的直徑dG為該孔2的直徑dB的約65至85％。
通過dG＜dB的條件實(shí)現(xiàn)，該氣體射束8在鉆孔裝置1運(yùn)行時(shí)始終在孔2中產(chǎn)生一個(gè)有利的流動(dòng)場，它一方面有效地將熔化物9和/或熔渣的殘余物從鉆孔2中吹出，並且另一方面同時(shí)防止該熔化物9朝鉆孔裝置1方向上的回濺。
按照圖1，該氣體射束8進(jìn)入到該孔2的一個(gè)中間的區(qū)域中並且在該孔2的底部11上被向外地轉(zhuǎn)向到該孔2的相應(yīng)的內(nèi)壁12上?，F(xiàn)在，在該內(nèi)壁12上，該相反指向的氣體射束8則在朝鉆孔開口10的方向上流動(dòng)並且在此攜帶著熔化物9一起向外。在到達(dá)該鉆孔開口10時(shí)，由孔2被送出的熔化物9則沿徑向往外離開該激光射束6地運(yùn)動(dòng)，因此它不會(huì)到達(dá)朝鉆孔裝置1的方向上並且例如該聚焦裝置7也不會(huì)被污染或被損傷。該氣體射束8的渦流以及有利于再鑄造過程發(fā)生的死水區(qū)域可以被由此避免。
在此，該射束噴嘴5可以被如此構(gòu)造，使得該氣體射束8至少直到鉆孔開口10處是以截錐形收縮的(對比圖1)或者該氣體射束8至少直到鉆孔開口10處是基本上圍繞該激光射束6螺旋形地繞行的(對比圖2)。
在圖2中所示的實(shí)施形式中，該氣體射束8在孔2中產(chǎn)生一個(gè)渦流，它將鉆孔余物例如熔渣或熔化物9從孔2中吹出。在此，該被吹出的熔化物9獲得一個(gè)渦旋流，由此，所述的在從鉆孔開口10排出之后的、在徑向上離開激光射束6的離開運(yùn)動(dòng)通過所出現(xiàn)的離心力被增強(qiáng)了。此外，還可以考慮一個(gè)射束噴嘴5，其中該氣體射束8至少直到鉆孔開口10處是基本上平行于該激光射束6地延伸的(對比圖3)。
在此，氣體射束8的流動(dòng)走向或射束噴嘴5的構(gòu)造純粹為舉例說明，本發(fā)明還可包括射束噴嘴5的其他構(gòu)型形式和氣體射束8的另外的流動(dòng)走向。然而，對于所有的射束噴嘴5共同的是，它們產(chǎn)生一個(gè)朝向孔2的方向的氣體射束8，該射束的直徑dG至少在鉆孔開口10處小于由激光射束6制造的孔2的直徑dB。
在另一個(gè)可能的結(jié)構(gòu)方案中，該射束噴嘴5被構(gòu)造為拉瓦爾-噴嘴或者具有至少一個(gè)拉瓦爾-噴嘴。按公知方式，一個(gè)拉瓦爾-噴嘴由一個(gè)收斂的部分和一個(gè)擴(kuò)張部分組成，在該收斂的部分中，一個(gè)亞音速流被加速，在該擴(kuò)張部分中然后該超音速流膨脹並且可以被進(jìn)一步加速。在此也可以考慮，該射束噴嘴5具有多個(gè)環(huán)形地圍繞該激光射束6安置的拉瓦爾-噴嘴。
該氣體射束8的壓力在該鉆孔裝置1運(yùn)行期間可到220巴(bar)並由此可以實(shí)現(xiàn)孔2的一個(gè)特別有效的清洗。
因此，本發(fā)明鉆孔裝置1提供多個(gè)優(yōu)點(diǎn)一方面，首先避免了渦流的形成，通過這種渦流會(huì)在孔2的內(nèi)壁12上產(chǎn)生死水區(qū)域並且有助于引起所謂的“再鑄造”，即熔化物9的沉積。另一方面，通過氣體射束8，該孔2在鉆孔過程期間被清洗，由此可以實(shí)現(xiàn)該孔2的高質(zhì)量並同時(shí)通過氣體射束8防止了熔化物9向鉆孔裝置1或聚焦裝置7的方向上的回濺和由此保護(hù)了它們免受損害。不僅該孔2的這種改善的、不會(huì)形成死水區(qū)的吹凈，而且，對該鉆孔裝置1的防止熔化物9回濺的保護(hù)，都被這樣實(shí)現(xiàn)，即該氣體射束8的直徑dG至少在鉆孔開口10處小于通過激光射束6制造的鉆孔2的直徑dB。由此，該激光射束6與孔2的內(nèi)壁12的接觸可以被避免。
參考標(biāo)號表1-鉆孔裝置，2-孔，3-工件，4-孔激光器，5-射束噴嘴，6-激光射束，7-聚焦裝置，8-氣體射束，9-熔化物，10-鉆孔開口，11-孔2的底部，12-孔2的內(nèi)壁，dG-體射束8在鉆孔開口10的區(qū)域中的直徑，dB-孔2的直徑。
權(quán)利要求
1，在一個(gè)工件(3)中加工出孔(2)的鉆孔裝置(1)，-具有一個(gè)鉆孔激光器(4)，它產(chǎn)生一種適于產(chǎn)生孔(2)的激光射束(6)，-具有一個(gè)射束噴嘴(5)，用于產(chǎn)生一個(gè)朝孔(2)方向流動(dòng)的並且基本上同軸心地包套激光射束(6)的氣體射束(8)，該氣體射束一方面將熔化物(9)從孔(2)中吹出並且另一方面阻止該熔化物(9)朝鉆孔裝置(1)方向上的回濺，-其中，該氣體射束(8)的直徑(dG)至少在鉆孔開口(10)處小于通過激光射束(6)產(chǎn)生的孔(2)的直徑(dB)。
2，按權(quán)利要求1的鉆孔裝置，其特征在于該氣體射束(8)的直徑(dG)至少在鉆孔開口(10)處為該孔(2)的直徑(dB)的約65至85％。
3，按權(quán)利要求1或2的鉆孔裝置，其特征在于該氣體射束(8)在鉆孔裝置(1)運(yùn)行時(shí)具有一個(gè)至少達(dá)到音速的流動(dòng)速度。
4，按權(quán)利要求1-3之一的鉆孔裝置，其特征在于該射束噴嘴(5)被構(gòu)造為拉瓦爾-噴嘴或具有至少一個(gè)拉瓦爾-噴嘴。
5，按權(quán)利要求1-4之一的鉆孔裝置，其特征在于該射束噴嘴(5)具有多個(gè)環(huán)形地圍繞激光射束(6)設(shè)置的拉瓦爾-噴嘴。
6，按權(quán)利要求1-5之一的鉆孔裝置，其特征在于該射束噴嘴(5)被如此構(gòu)造，使得該氣體射束(8)至少直至達(dá)該鉆孔開口(10)截錐形地收縮。
7，按權(quán)利要求1-5之一的鉆孔裝置，其特征在于該射束噴嘴(5)被如此構(gòu)造，使得該氣體射束(8)至少直至該鉆孔開口(10)基本上螺旋形地圍繞該激光射束繞行。
8，按權(quán)利要求1-5之一的鉆孔裝置，其特征在于該射束噴嘴(5)被如此構(gòu)造，使得該氣體射束(8)至少直至該鉆孔開口(10)基本上平行于激光射束(6)地延伸。
9，按權(quán)利要求1-8之一的鉆孔裝置，其特征在于該氣體射束(8)的壓力可達(dá)到220巴。
10，按權(quán)利要求1-9之一的鉆孔裝置，其特征在于該鉆孔激光器(4)是一個(gè)脈沖式的激光器。
全文摘要
本發(fā)明涉及在一個(gè)工件(3)中加工孔(2)的鉆孔裝置(1)，具有一個(gè)鉆孔激光器(4)，它產(chǎn)生一種適于產(chǎn)生孔(2)的激光射束(6)，具有一個(gè)射束噴嘴(5)，用于產(chǎn)生一個(gè)朝孔(2)方向流動(dòng)的并且基本上同軸心地包套激光射束(6)的氣體射束(8)，該氣體射束一方面將熔化物(9)從孔(2)中吹出并且另一方面阻止該熔化物(9)朝鉆孔裝置(1)方向上的回濺，其中，該氣體射束(8)的直徑(d
文檔編號B23K26/14GK1762642SQ20051011992
公開日2006年4月26日 申請日期2005年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月23日
發(fā)明者烏爾斯·策爾特 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司