專利名稱：一種將激光打孔應(yīng)用于藍(lán)寶石片打孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將激光打孔應(yīng)用于藍(lán)寶石片打孔的方法。
背景技術(shù)：
激光打孔是最早達(dá)到實用化的激光加工技術(shù)，也是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之
一。隨著近代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，使用硬度大、熔點高的材料越來越多，而傳統(tǒng)的加工方法已不能滿足某些工藝要求?，F(xiàn)有藍(lán)寶石片打孔主要采用精雕機(jī)，所謂精雕機(jī)即是指使用小刀具、大功率和高速主軸電機(jī)的數(shù)控銑床，現(xiàn)有的精雕機(jī)有以下缺陷:1.精雕機(jī)的高效加工材料為不銹鋼材料、紫銅這些低硬度材料，藍(lán)寶石硬度僅次于鉆石；精雕對于刀具消耗快，換刀具繁瑣，多磨頭刀具壽命短。2.精雕機(jī)適合做軟金屬的快速、重型切削，而藍(lán)寶石晶體莫氏硬度高達(dá)9，現(xiàn)有方法并不適于對其進(jìn)行打孔加工。3.使用精雕機(jī)進(jìn)行打孔對裝夾工件的要求高，對刀精度依賴大，不易實現(xiàn)生產(chǎn)線上的聯(lián)機(jī)和自動化。4.使用精雕機(jī)進(jìn)行藍(lán)寶石片打孔，孔型、孔徑受到制約，且不易在傾斜表面進(jìn)行打孔。因此，精雕機(jī)只適合做軟金屬的快速、重型切削，而對于切削高硬度晶體并不十分適用，因此本發(fā)明主要欲解決在大硬度藍(lán)寶石片上進(jìn)行打孔的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種將激光打孔應(yīng)用于藍(lán)寶石片打孔的方法，以克服刀具對大硬度晶體進(jìn)行打孔加工的難度大的問題。一種將激光打孔應(yīng)用于藍(lán)寶石片打孔的方法，包括以下步驟:S1:將藍(lán)寶石片固定在激光設(shè)備的工作臺上，使激光設(shè)備的激光發(fā)射頭對準(zhǔn)藍(lán)寶石片的預(yù)打孔位置；S2:根據(jù)藍(lán)寶石片的厚度設(shè)置激光設(shè)備的參數(shù)，此步驟又可分為5步:a:根據(jù)藍(lán)寶石片的厚度和公式〈1>設(shè)置激光設(shè)備的參數(shù)；E=L 6 sqrH <1>式中:E-能量，單位:焦耳，H-藍(lán)寶石片厚度，單位:毫米b:根據(jù)確定的激光設(shè)備參數(shù)中的能量和公式〈2>，確定激光設(shè)備參數(shù)的激光發(fā)射頻率；F = P/E <2>式中E-能量，單位:焦耳P-激光設(shè)備的平均功率，為常量，與機(jī)床有關(guān)，單位:瓦F-激光發(fā)射頻率，即每秒鐘發(fā)射激光的次數(shù),單位:Hzc:根據(jù)確定的激光設(shè)備參數(shù)中的激光發(fā)射頻率和公式〈3>，確定設(shè)備參數(shù)中的進(jìn)給率；f = 60aF <3>式中f_進(jìn)給率，單位:mm/mina-激光進(jìn)給步長，為常量，取a。0.1mmF-激光發(fā)射頻率，單位:Hzd:設(shè)定激光設(shè)備參數(shù)中的波寬為0.3-0.5ms ；e:調(diào)整激光設(shè)備參數(shù)中的Hgt%，使激光設(shè)備的平均功率的值為255W。S3:啟動激光設(shè)備，由激光設(shè)備向藍(lán)寶石片的預(yù)打孔位置發(fā)射激光束完成打孔過程。借由上述方案，本發(fā)明的將激光打孔應(yīng)用于藍(lán)寶石片打孔的方法至少具有以下優(yōu)點。1.藍(lán)寶石(Al2O3)是莫氏硬度為9的寶石晶體，傳統(tǒng)打孔方法并不適用于硬度如此之高的材料，而用激光打孔則不難實現(xiàn)。激光束在空間和時間上高度集中，利用透鏡聚焦，可以將光斑直徑縮小到微米級從而獲得105-1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度幾乎可以在任何材料實行激光打孔；2.激光打 孔速度快，效率高，經(jīng)濟(jì)效益好。由于激光打孔是利用功率密度為107-109ff/cm2的高能激光束對材料進(jìn)行瞬時作用，作用時間只有幾秒，因此激光打孔速度非?？欤?.激光打孔可獲得大的深徑比，即可獲得普通打孔方法很難完成或不可能完成的孔形、孔徑；4.擺脫傳統(tǒng)打孔方法對打磨刀具的依賴，激光打孔無工具損耗；5.激光打孔工件裝夾要求簡單，易實現(xiàn)生產(chǎn)線上的聯(lián)機(jī)和自動化。本發(fā)明創(chuàng)新性的提出了將激光打孔技術(shù)應(yīng)用于對藍(lán)寶石片的打孔加工，克服了現(xiàn)有技術(shù)對加工大硬度晶體難度大、代價高的難題，具有實質(zhì)性的進(jìn)步。


圖1是本發(fā)明的藍(lán)寶石片激光打孔的示意圖。圖中:1、工作臺；2、裝持藍(lán)寶石片的臺面；3、激光束；4、激光發(fā)射頭。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，一種將激光打孔應(yīng)用于藍(lán)寶石片打孔的方法，包括以下步驟:S1:將藍(lán)寶石片固定在激光設(shè)備的工作臺I上(工作臺I上有裝持藍(lán)寶石片的臺面2)，使激光設(shè)備的激光發(fā)射頭4對準(zhǔn)藍(lán)寶石片的預(yù)打孔位置；S2:根據(jù)藍(lán)寶石片的厚度設(shè)置激光設(shè)備的參數(shù)，此步驟又可分為5步:a:根據(jù)藍(lán)寶石片的厚度和公式〈1>設(shè)置激光設(shè)備的參數(shù)；E=L 6sqrH <1>式中:E_能量，單位:焦耳，H-藍(lán)寶石片厚度，單位:毫米
b:根據(jù)確定的激光設(shè)備參數(shù)中的能量和公式〈2>，確定激光設(shè)備參數(shù)的激光發(fā)射頻率；F = P/E<2>式中E-能量,單位:焦耳，P-激光設(shè)備的平均功率，為常量，與機(jī)床有關(guān)，單位:瓦F-激光發(fā)射頻率，即每秒鐘發(fā)射激光的次數(shù),單位:Hzc:根據(jù)確定的激光設(shè)備參數(shù)中的激光發(fā)射頻率和公式〈3>，確定設(shè)備參數(shù)中的進(jìn)給率；f = 60aF <3> 式中f-進(jìn)給率,單位:mm/mina-激光進(jìn)給步長，為常量，取a。0.1mmF-激光發(fā)射頻率，單位:Hzd:設(shè)定激光設(shè)備參數(shù)中的波寬為0.3-0.5ms ；e:調(diào)整激光設(shè)備參數(shù)中的Hgt%，使激光設(shè)備的平均功率的值為255W。S3:啟動激光設(shè)備，由激光設(shè)備向藍(lán)寶石片的預(yù)打孔位置發(fā)射激光束3完成打孔過程。對藍(lán)寶石片的激光打孔法實質(zhì)上是把激光光束聚焦在藍(lán)寶石片表面上，使光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿囊环N加工方法。在其上激光的打孔的過程，是一定能通量密度的激光脈沖輻射對藍(lán)寶石材料(A1203晶體)的作用過程，也就是A1203的熔化和氣化以及部分材料以固相形式拋出。當(dāng)輻射脈沖的作用一開始，就出現(xiàn)蒸氣相的飛出，具有噴射流的特性，以后隨著孔徑、深度的增加，飛戮物中材料熔化占大部分，這個熔化液體物質(zhì)在孔的側(cè)壁和底部形成，并且被蒸氣的剩余壓力排擠出來。當(dāng)脈沖臨近結(jié)束時，由于激光能通最密度的降低而使飛濺物的排出量減少，能通量密度進(jìn)一步降低，一導(dǎo)致飛截物中液相占優(yōu)勢，當(dāng)能通量密度接近材料開始破壞的同值時，僅形成表面烙化。一個激光脈沖結(jié)束后，工件形成一凹坑，激光脈沖連續(xù)作用，凹坑逐漸加深加大，到適當(dāng)時間，小孔就形成了。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種將激光打孔應(yīng)用于藍(lán)寶石片打孔的方法，其特征在于:包括以下步驟: S1:將藍(lán)寶石片固定在激光設(shè)備的工作臺上，使激光設(shè)備的激光發(fā)射頭對準(zhǔn)藍(lán)寶石片的預(yù)打孔位置； 52:根據(jù)藍(lán)寶石片的厚度設(shè)置激光設(shè)備的參數(shù)，此步驟又可分為5步: a:根據(jù)藍(lán)寶石片的厚度和公式〈1>設(shè)置激光設(shè)備的參數(shù)；E = L 6sqrH〈l> 式中:E-能量，單位:焦耳，H-藍(lán)寶石片厚度，單位:毫米 b:根據(jù)確定的激光設(shè)備參數(shù)中的能量和公式〈2>，確定激光設(shè)備參數(shù)的激光發(fā)射頻率;F = P/E〈2> 式中E-能量，單位:焦耳 P-激光設(shè)備的平均功率，為常量，與機(jī)床有關(guān)，單位:瓦 F-激光發(fā)射頻率，即每秒鐘發(fā)射激光的次數(shù),單位:Hz c:根據(jù)確定的激光設(shè)備參數(shù)中的激光發(fā)射頻率和公式〈3>，確定設(shè)備參數(shù)中的進(jìn)給率;f = 60aF<3> 式中f_進(jìn)給率，單位:mm/min a-激光進(jìn)給步長，為常量，取a 0.1mm F-激光發(fā)射頻率，單位:Hz d:設(shè)定激光設(shè)備參數(shù)中的波寬為0.3-0.5ms ； e:調(diào)整激光設(shè)備參數(shù)中的Hgt%，使激光設(shè)備的平均功率的值為255W。53:啟動激光設(shè)備，由激光設(shè)備向藍(lán)寶石片的預(yù)打孔位置發(fā)射激光束完成打孔過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將激光打孔應(yīng)用于藍(lán)寶石片打孔的方法，具體包括以下步驟S1將藍(lán)寶石片固定在激光設(shè)備的工作臺上，使激光設(shè)備的激光發(fā)射頭對準(zhǔn)藍(lán)寶石片的預(yù)打孔位置；S2根據(jù)藍(lán)寶石片的厚度設(shè)置激光設(shè)備的參數(shù)，此步驟又可分為五步a根據(jù)藍(lán)寶石片的厚度和公式<1>設(shè)置激光設(shè)備的參數(shù)；b根據(jù)確定的激光設(shè)備參數(shù)中的能量和公式<2>，確定激光設(shè)備參數(shù)的激光發(fā)射頻率；c根據(jù)確定的激光設(shè)備參數(shù)中的激光發(fā)射頻率和公式<3>，確定設(shè)備參數(shù)中的進(jìn)給率；d設(shè)定激光設(shè)備參數(shù)中的波寬為0.3-0.5ms；e調(diào)整激光設(shè)備參數(shù)中的Hgt％，使激光設(shè)備的平均功率的值為255W。S3啟動激光設(shè)備，由激光設(shè)備向藍(lán)寶石片的預(yù)打孔位置發(fā)射激光束。
文檔編號B23K26/38GK103111762SQ20131003270
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者張向峰 申請人:無錫鼎晶光電科技有限公司