一種水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及特種加工的應(yīng)用領(lǐng)域，具體為一種水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著材料工程學(xué)的發(fā)展，難加工材料逐漸成為機(jī)械加工領(lǐng)域的重點(diǎn)研宄對象?？茖W(xué)地說，以材料的切削性能作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，硬度> HB250、強(qiáng)度σ > lOOOMPa、伸長率>80%、沖擊值α > 0.98MJ/m2、導(dǎo)熱系數(shù)k < 41.8的材料統(tǒng)稱為難加工材料。難加工材料在各工程領(lǐng)域中備受青睞，這些領(lǐng)域有的需要在材料表面刻圓槽，有的需要在其表面蝕圓孔。但是，由于這些材料的高硬脆性，常規(guī)的車削、磨削、鉆削等加工方式存在加工表面精度低、易斷裂等缺陷，而采用微波、超聲波等特種加工時(shí)，依然存在效率低下的缺點(diǎn)。
[0003]激光刻蝕與傳統(tǒng)的加工方法相比，它是一種無接觸、無切削力、熱影響小、清潔和可進(jìn)行特殊面加工的加工方法，激光刻蝕技術(shù)作為激光加工技術(shù)中常用的一種，它使得激光刻蝕難加工材料變成了現(xiàn)實(shí)，但是激光直接刻蝕難加工材料依然會存在各種各樣的問題，譬如材料表面會存在比較嚴(yán)重的再鑄層和不可避免的殘余熱應(yīng)力和微裂紋，直接影響了材料的表面加工質(zhì)量。
【實(shí)用新型內(nèi)容】:
[0004]基于激光直接刻蝕難加工材料過程中存在的各種問題，本實(shí)用新型通過弓I入水射流技術(shù)，并借助化學(xué)腐蝕作用，以期去除難加工材料表面的熔渣、并降低再鑄層厚度、減少熱影響區(qū)等等，從而獲得最好的加工表面質(zhì)量。
[0005]本實(shí)用新型所述一種水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置，該裝置包括激光系統(tǒng)、水射流系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)，所述激光系統(tǒng)的激光束通過反射鏡反射進(jìn)入激光頭，所述激光頭還需要通入輔助氣體氧氣，所述輔助氣體氧氣與激光束經(jīng)激光頭共同射到材料上；所述水射流系統(tǒng)的水射流束由電動機(jī)驅(qū)動，所述電動機(jī)通過V帶連接泵，所述泵通過水管吸入水箱中的清水并且與噴槍連接，所述噴槍的頭部安裝噴嘴，所述噴嘴的頭部安裝針頭，所述針頭噴出水射流束沖刷材料；所述化學(xué)系統(tǒng)的手搖輪通過轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)升降工作臺的高度，所述升降工作臺把材料送入到化學(xué)液體中腐蝕。
[0006]在本實(shí)用新型中，所述激光系統(tǒng)包括反射鏡、激光束、輔助氣體氧氣、激光頭，激光的電流強(qiáng)度為120?200A，脈沖寬度為0.4?1.8ms，脈沖重復(fù)頻率為20?50HZ，離焦量為I?3mm，激光掃描速度為0.6?1.5mm/s，激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束最終從激光頭發(fā)出。
[0007]在本實(shí)用新型中，所述水射流系統(tǒng)中的水射流束與激光束的角度為5?80°，水射流束的直徑為6?9_，水射流束的流速通過泵的壓力調(diào)節(jié)。
[0008]在本實(shí)用新型中，所述化學(xué)系統(tǒng)包括化學(xué)液體、升降工作臺、手搖輪，材料的熔渣最后大部分都被化學(xué)液體腐蝕。
[0009]在本實(shí)用新型中，所述激光束和水射流束同時(shí)加工材料結(jié)束以后，轉(zhuǎn)動升降工作臺，已加工的材料會完全浸入化學(xué)液體中。
[0010]在本實(shí)用新型中，順時(shí)針轉(zhuǎn)動手搖輪，升降工作臺向下移動，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動手搖輪，升降工作臺向上移動。
[0011]在本實(shí)用新型中，所述化學(xué)溶液的濃度為40?80%。
[0012]本實(shí)用新型具有的有益效果:
[0013](I)水射流裝置非常簡單，成本低，水射流壓力小，對材料表面損傷??；
[0014](2)水射流的沖刷作用能夠減少一部分材料表面的熔渣、降低再鑄層厚度；
[0015](3)激光的高能量能夠?qū)崿F(xiàn)快速刻蝕材料，得到所需的凹槽；
[0016](4)利用化學(xué)腐蝕作用，有效減少材料表面熔渣；
[0017](5)利用激光、水射流、化學(xué)液體三者共同作用，能夠獲得良好的加工效果。
【附圖說明】
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[0018]圖1為本實(shí)用新型加工方法所需的裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0019]其中:1、固定工作臺；2、化學(xué)液體3、升降工作臺；4、材料；5、手搖輪；6、激光頭；
7、輔助氣體氧氣；8、激光束；9、反射鏡；10、水射流束；11、針頭；12、噴嘴；13、噴槍；14、泵；15、水管；16、水箱；17、V帶；18、電動機(jī)
[0020]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施的一種水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0021]為了使本實(shí)用新型的技術(shù)方案能夠更加清晰地表示出來，下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0022]請參閱圖1，一種水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置，包括激光系統(tǒng)、水射流系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)，所述激光系統(tǒng)的激光束8通過反射鏡9反射進(jìn)入激光頭6，所述激光頭6還需要通入輔助氣體氧氣7，所述輔助氣體氧氣7與激光束8經(jīng)激光頭6共同射到材料4上；所述水射流系統(tǒng)的水射流束10由電動機(jī)18驅(qū)動，所述電動機(jī)18通過V帶17連接泵14，所述泵14通過水管15吸入水箱16中的清水并且與噴槍13連接，所述噴槍13的頭部安裝噴嘴12，所述噴嘴12的頭部安裝針頭11，所述針頭11噴出水射流束10沖刷材料4 ;所述化學(xué)系統(tǒng)的手搖輪5通過轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)升降工作臺3的高度，所述升降工作臺3把材料4送入到化學(xué)液體2中腐蝕。
[0023]激光系統(tǒng)包括反射鏡9、激光束8、輔助氣體氧氣7、激光頭6，激光的電流強(qiáng)度為120?200A，脈沖寬度為0.4?1.8ms，脈沖重復(fù)頻率為20?50HZ，離焦量為I?3mm，激光掃描速度為0.6?1.5mm/s，所述激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束8最終從激光頭6發(fā)出。
[0024]水射流系統(tǒng)的水射流束10與激光束8的角度為5?80°，水射流束的直徑為6?9mm，水射流束的流速通過泵14的壓力調(diào)節(jié)，一般為12m/s較合理，合理的水射流流速一方面能有效地減少能量損失，另一方面，可以最大限度地減少熔渣。
[0025]化學(xué)系統(tǒng)包括化學(xué)液體2、化學(xué)溶液的濃度為40?80%，升降工作臺3、手搖輪5，激光束和水射流束同時(shí)加工材料結(jié)束以后，順時(shí)針轉(zhuǎn)動手搖輪，升降工作臺向下移動，已加工的材料會完全浸入化學(xué)液體中，化學(xué)反應(yīng)一段時(shí)間以后，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動手搖輪，升降工作臺向上移動，最后取出材料。
[0026]在實(shí)際應(yīng)用過程中，參閱圖2所示流程圖:以激光刻蝕尺寸為50x50xlmm的W18Cr4v高速鋼板為例，對本實(shí)用新型的刻蝕步驟進(jìn)行詳細(xì)分析。
[0027]具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0028](I)確定材料尺寸及加工位置
[0029]將尺寸為50x50xlmm的W18Cr4v高速鋼板固定在升降工作臺3上，并且加工位置恰好為高速鋼的正中心。
[0030](2)水射流輔助激光初步刻蝕材料表面
[0031]正常啟動空氣開關(guān)和激光器開光，激光器為500W的Nd3+:YAG激光器，把激光器的電流強(qiáng)度調(diào)為160A，脈沖寬度調(diào)為0.6ms，脈沖重復(fù)頻率調(diào)為30HZ，離焦量調(diào)為0.8mm，輔助氣體氧氣7壓強(qiáng)調(diào)為4MPa。
[0032]開啟水射流系統(tǒng)，使得電動機(jī)18正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)泵14的壓力，最終把水射流流速確定為12m/s，水射流直徑為0.6mm，水射流束10與激光束8的角度為60°。
[0033]確定激光的掃描速度為1.0mm/s，激光和水射流同時(shí)按照預(yù)定路徑掃描。
[0034]初步加工結(jié)束
[0035](3)化學(xué)腐蝕刻槽里的熔渣
[0036]順時(shí)針轉(zhuǎn)動手搖輪5，升降工作臺3向下移動，直至W18Cr4v高速鋼板完全浸入化學(xué)液體2HCL溶液中，化學(xué)反應(yīng)一段時(shí)間以后，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動手搖輪5，升降工作臺3向上移動。
[0037]加工過程全部結(jié)束。
[0038]通過上述步驟可以方便的刻蝕出所需的凹槽，通過水射流系統(tǒng)和化學(xué)系統(tǒng)，既提高了刻蝕的速率，又保證了產(chǎn)品的表面加工質(zhì)量。
[0039]以上所述僅表達(dá)了本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，其表述比較詳細(xì)，但是不可以理解為對本實(shí)用新型專利范圍的限制。需要說明的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以作任何形式的修改。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為主。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置，其特征在于，包括激光系統(tǒng)、水射流系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)，所述激光系統(tǒng)的激光束(8)通過反射鏡(9)反射進(jìn)入激光頭￠)，所述激光頭(6)還需要通入輔助氣體氧氣(7)，所述輔助氣體氧氣(7)與激光束(8)經(jīng)激光頭(6)共同射到材料⑷上；所述水射流系統(tǒng)的水射流束(10)由電動機(jī)(18)驅(qū)動，所述電動機(jī)(18)通過V帶(17)連接泵(14)，所述泵(14)通過水管(15)吸入水箱(16)中的清水并且與噴槍(13)連接，所述噴槍(13)的頭部安裝噴嘴(12)，所述噴嘴(12)的頭部安裝針頭(11)，所述針頭(11)噴出水射流束(10)沖刷材料(4);所述化學(xué)系統(tǒng)的手搖輪(5)通過轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)升降工作臺(3)的高度，所述升降工作臺(3)把材料(4)送入到化學(xué)液體(2)中腐蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置，其特征在于，所述激光系統(tǒng)包括反射鏡(9)、激光束(8)、輔助氣體氧氣(7)、激光頭￠)，激光的電流強(qiáng)度為120?200A，脈沖寬度為0.4?1.8ms，脈沖重復(fù)頻率為20?50HZ，離焦量為I?3mm，激光掃描速度為0.6?1.5mm/s，所述激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束最終從激光頭發(fā)出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置，其特征在于，所述水射流系統(tǒng)的水射流束(10)與激光束(8)的角度為5?80°，水射流束的直徑為6?9_，水射流束的流速通過泵(14)的壓力調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置，其特征在于，所述化學(xué)系統(tǒng)包括化學(xué)液體(2)、升降工作臺(3)、手搖輪(5)，材料(4)的熔渣最后大部分都被化學(xué)液體腐蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置，其特征在于，所述激光束和水射流束同時(shí)加工材料結(jié)束以后，轉(zhuǎn)動升降工作臺，已加工的材料會完全浸入化學(xué)液體中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置，其特征在于，順時(shí)針轉(zhuǎn)動手搖輪，升降工作臺向下移動，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動手搖輪，升降工作臺向上移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置，其特征在于，所述化學(xué)溶液的濃度為40?80%。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水射流輔助激光化學(xué)刻蝕的裝置，屬于特種加工的應(yīng)用領(lǐng)域。本裝置由三大系統(tǒng)組成，分別為激光系統(tǒng)、水射流系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于先利用激光的高能量和水射流的沖蝕作用共同加工材料表面，初次加工結(jié)束以后，轉(zhuǎn)動手搖輪，使得材料通過升降工作臺完全浸入到化學(xué)液體中，利用化學(xué)液體的腐蝕作用，使得加工材料表面盡可能地減少熔渣，降低重鑄層厚度。通過本實(shí)用新型所提供的裝置，可以實(shí)現(xiàn)在加工材料表面刻蝕出所需的凹槽，并且凹槽表面沒有明顯的熔渣、重鑄層等等，從而得到良好的加工效果。
【IPC分類】C23F1-08, B23K26-146, B23K26-362, B23K26-142
【公開號】CN204366265
【申請?zhí)枴緾N201420673349
【發(fā)明人】袁根福, 謝兵兵
【申請人】江南大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2014年11月7日