一種水射流激光復合多道切割陶瓷的裝置的制造方法
【技術領域】
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[0001]本實用新型涉及激光加工的應用領域，具體為水射流激光多道切割陶瓷的裝置?！颈尘凹夹g】:
[0002]水射流激光復合切割技術是在傳統激光加工基礎上引入低壓射流，低壓水射流與激光束同時到達工件，沖蝕區(qū)域稍滯后于激光加工位置。激光誘導目標體熔化和蒸發(fā)，水射流帶走燒蝕的熔渣，同時水射流也起到冷卻加工工件的作用。與傳統激光加工相比，水射流引導激光加工的加工表面干凈，沒有熔渣堆積，熱影響區(qū)較小。但是，在進行厚板陶瓷激光切割時還存在切縫太深，難以一次性清除熔渣，重鑄層、裂紋等質量問題提升不明顯等。
[0003]激光多道切割技術是采用激光重復多次掃描同一路徑，每道只去除預定深度的材料(小于工件厚度)，直至工件切穿。其優(yōu)點在于每道切割時輸入能量較低，對激光輸出功率要求低，熱載荷低于傳統激光切割，熱損傷較少，更適合于厚陶瓷切割。但材料去除率受輸出功率限制，其切割效率要低于傳統激光單道切割。對于具有熔點的陶瓷(如A1203和Zr02)，材料去除方式主要是基于熔融材料噴射。采用多道切割技術加工該類陶瓷時，熔融材料重凝可能導致切縫堵塞，進而降低后續(xù)切割質量和效率。
【實用新型內容】:
[0004]為了解決上述生產技術中的厚陶瓷切割產生的影響產品加工質量的裂紋和重鑄層現象，以及加工效率過低的缺點，本發(fā)明提供一種水射流激光復合多道切割陶瓷的技術，從而有效的避免在產品表面產生的熔渣堆積和重鑄層現象，同時減少了激光多道切割的走刀次數，大大提高了加工表面的質量和加工效率。
[0005]本實用新型所述一種水射流激光復合多道切割陶瓷的裝置，該裝置包括激光系統、水射流系統和凈化系統；
[0006]所述激光系統包括工作臺、輔助氣體壓縮空氣、激光頭、激光束、反射鏡；所述激光束經反射鏡垂直射入激光頭，所述激光頭射出激光束到陶瓷片上，所述陶瓷片固定于工作臺上。
[0007]所述水射流系統包括水射流束、醫(yī)用針頭、噴嘴、噴槍、調節(jié)螺釘、支撐桿、萬向輪裝置、水箱、軟管、水管、栗、聯軸器、電動機；所述電動機通過聯軸器連接栗，所述栗連接水管吸入水箱中的清水；所述栗同時通過軟管連接噴槍，所述噴槍上安裝噴嘴，所述噴嘴上安裝醫(yī)用針頭，所述醫(yī)用針頭射出水射流束到陶瓷片上，所述萬向輪裝置通過支撐桿改變噴嘴與工作臺的水平、垂直距離，所述調節(jié)螺釘通過噴槍、噴嘴和醫(yī)用針頭改變水射流束與垂直激光束的角度。
[0008]所述凈化系統包括過濾網、過濾裝置、導管；所述過濾網過濾收集的廢水后排入過濾裝置，所述過濾裝置同時通過導管連接水箱。
[0009]在本實用新型中，所述水射流束與激光束的角度為10°?35°，所述水射流束的壓力為2?6bar。
[0010]在本實用新型中，所述激光束第一刀能量為30?150mJ，激光束第二刀能量為170?240mJ，掃描速度為0.4?0.8.mm/s。
[0011]在本實用新型中，所述過濾網尺寸為50?100目，所述過濾裝置采用32?64層醫(yī)用紗布填充。
[0012]在本實用新型中，所述醫(yī)用針頭⑶直徑為1.20mm。
[0013]實施本實用新型的一種水射流激光復合多道切割陶瓷的裝置，具有以下有益的效果:
[0014](1)本裝置原理合理，操作簡便，同時低壓水射流的裝置成本低；；
[0015](2)利用水射流降低熱影響區(qū)和沖蝕熔渣，可以有效解決厚陶瓷多道切割過程中存在的裂紋和熔渣堵塞切縫問題，提高了厚陶瓷的切割質量；
[0016](3)利用水射流激光復合多道切割陶瓷的裝置，在保證水射流沖蝕角度的條件下能夠很容易的排除熔渣，進行2刀切割時，與傳統激光多道切割相比，切割效率百倍提升，另一方面降低了邊緣塌陷、切縫錐度等問題，為陶瓷的切割提供了一種新的選擇。
【附圖說明】
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[0017]圖1為本實用新型的裝置結構圖。
[0018]其中:1、導管；2、過濾裝置3、過濾網；4、工作臺；5、陶瓷片；6、輔助氣體壓縮空氣；7、激光頭；8、激光束；9、反射鏡；10、水射流束；11、醫(yī)用針頭；12、噴頭；13、噴槍；14、調節(jié)螺釘；15、支撐桿；16、萬向輪裝置；17、水箱；18、軟管；19、水管；20、栗；21、聯軸器；22電動機。
[0019]圖2為本實用新型實施的水射流激光復合多道切割陶瓷的流程圖。
【具體實施方式】
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[0020]為詳細說明本實用新型構造特征及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。
[0021]如圖1所示，包括激光系統、水射流系統和凈化系統。激光系統中激光束⑶和輔助壓縮空氣(6)負責在陶瓷片上進行氧助熔融去除切割。水射流系統起輔助作用，水射流束(10)的沖蝕作用有效地減少切縫內的熔渣。凈化系統起到保護環(huán)境、降低成本作用，使用后的廢水通過過濾網(3)和過濾裝置(2)重新進入水箱(17)，可以重復使用。
[0022]激光系統包括工作臺(4)、輔助氣體壓縮空氣(6)、激光頭(7)、激光束(8)、反射鏡
(9);所述激光束(8)經反射鏡(9)垂直射入激光頭(7);所述激光頭(7)射出激光束(8)到陶瓷片(5)上，所述陶瓷片(5)固定于工作臺⑷上；
[0023]水射流系統包括水射流束(10)、醫(yī)用針頭(11)、噴嘴(12)、噴槍(13)、調節(jié)螺釘(14)、支撐桿(15)、萬向輪裝置(16)、水箱(17)、軟管(18)、水管(19)、栗(20)、聯軸器
(21)、電動機(22);所述電動機(22)通過聯軸器(21)連接栗(20)，所述栗(20)連接水管
(19)吸入水箱(17)中的清水；所述栗(20)同時通過軟管(18)連接噴槍(13)，所述噴槍
(13)上安裝噴嘴(12)，所述噴嘴(12)上安裝醫(yī)用針頭(11)，所述醫(yī)用針頭(11)射出水射流束(10)到陶瓷片(5)上；所述萬向輪裝置(16)通過支撐桿(15)改變噴嘴(12)與工作臺(4)的水平、垂直距離；所述調節(jié)螺釘(14)通過噴槍(13)、噴嘴(12)和醫(yī)用針頭(11)改變水射流束(10)與垂直激光束(8)的角度；
[0024]凈化系統包括過濾網(3)、過濾裝置(2)、導管⑴；所述過濾網(3)過濾收集的廢水后排入過濾裝置(2)，所述過濾裝置(2)同時通過導管(1)連接水箱(17)。
[0025]利用本實用新型的裝置進行加工，以尺寸為30mmx20mmxlmm的96% A1203陶瓷為例，具體步驟如圖2:
[0026]S1，固定陶瓷片，并確定加工位置:
[0027]把陶瓷片(5)固定在工作臺(4)上，調整Nd3+:YAG激光器，在陶瓷片(5)確定切割路徑10mm。
[0028]S2，調整水射流系統工藝參數:
[0029]在水箱(17)中加入足夠的冷卻水，醫(yī)用針頭(11)直徑為1.20mm，選用開啟電動機
(22)，固定調節(jié)螺母(14)，使得水射流束(10)與垂直激光束(8)角度為20°。調節(jié)萬向輪裝置(16)使噴嘴(12)與加工區(qū)域距離350mm，水射流束沖蝕點滯后激光束加工點1mm，調節(jié)栗(20)，固定水射流壓力為5bar。
[0030]S3，調整激光系統工藝參數，切割第一刀:
[0031]調節(jié)激光束⑶能量為80mJ，調節(jié)激光頭(7)距離陶瓷片(5) 1mm，開啟輔助氣體
(6)，在S1中的軌跡上切割第一刀。
[0032]S4，重新調整激光系統工藝參數，保持其他參數不變:
[0033]調節(jié)激光束(8)能量為180mJ，保持其他參數全部不變。
[0034]S5，沿原軌跡進行第二刀切割，完成陶瓷片分離:
[0035]走刀路徑不變，且不能往復切割。
[0036]加工過程結束。
[0037]通過上述步驟可以方便的完成A1203陶瓷片的高質量切割，通過水射流系統的設置，一方面提高切割質量，另一方面降低了粉塵污染；利用凈化系統裝置的重復利用水資源，節(jié)約了成本，也減少了廢水污染問題。
[0038]以上實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型主要技術方案的精神實質所做的修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種水射流激光復合多道切割陶瓷的裝置，其特征在于，包括激光系統、水射流系統和凈化系統； 所述激光系統包括工作臺(4)、輔助氣體壓縮空氣￠)、激光頭(7)、激光束(8)、反射鏡(9);所述激光束(8)經反射鏡(9)垂直射入激光頭(7);所述激光頭(7)射出激光束(8)到陶瓷片(5)上，所述陶瓷片(5)固定于工作臺⑷上； 所述水射流系統包括水射流束(10)、醫(yī)用針頭(11)、噴嘴(12)、噴槍(13)、調節(jié)螺釘(14)、支撐桿(15)、萬向輪裝置(16)、水箱(17)、軟管(18)、水管(19)、栗(20)、聯軸器(21)、電動機(22);所述電動機(22)通過聯軸器(21)連接栗(20)，所述栗(20)連接水管(19)吸入水箱(17)中的清水；所述栗(20)同時通過軟管(18)連接噴槍(13)，所述噴槍(13)上安裝噴嘴(12)，所述噴嘴(12)上安裝醫(yī)用針頭(11)，所述醫(yī)用針頭(11)射出水射流束(10)到陶瓷片(5)上；所述萬向輪裝置(16)通過支撐桿(15)改變噴嘴(12)與工作臺(4)的水平、垂直距離；所述調節(jié)螺釘(14)通過噴槍(13)、噴嘴(12)和醫(yī)用針頭(11)改變水射流束(10)與垂直激光束(8)的角度； 所述凈化系統包括過濾網(3)、過濾裝置(2)、導管(1);所述過濾網(3)過濾收集的廢水后排入過濾裝置(2)，所述過濾裝置(2)同時通過導管(1)連接水箱(17)。2.根據權利要求1所述的水射流激光復合多道切割陶瓷的裝置，其特征在于，所述水射流束(10)與激光束(8)的角度為10°?35°，所述水射流束(10)的壓力為2?6bar。3.根據權利要求1所述的水射流激光復合多道切割陶瓷的裝置，其特征在于，所述激光束第一刀能量為30?150mJ，激光束第二刀能量為170?240mJ，掃描速度為0.4?0.8.mm/So4.根據權利要求1所述的水射流激光復合多道切割陶瓷的裝置，其特征在于，所述過濾網⑶尺寸為50?100目，所述過濾裝置(2)采用32?64層醫(yī)用紗布填充。5.根據權利要求1所述的水射流激光復合多道切割陶瓷的裝置，其特征在于，所述醫(yī)用針頭(8)直徑為1.20mm。
【專利摘要】本實用新型提供一種水射流激光復合多道切割陶瓷的裝置，包括激光系統、水射流系統和凈化系統，激光系統起加工作用，水射流系統和凈化系統起輔助作用。激光系統發(fā)出激光束通過反射鏡照射到工件上，其激光束能量可調節(jié)；水射流系統的水射流束通過噴槍上的醫(yī)用針頭噴出，其壓力可通過泵調節(jié)，沖蝕角度通過調節(jié)螺釘調節(jié)，沖蝕靶距通過萬向輪裝置調節(jié)；凈化系統收集工作臺的廢水后，經處理重新返回到水箱。三個系統相互協調共同組成本實用新型裝置，最終可以實現在陶瓷無損分離，有著切縫無熔渣堆積、表面干凈、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，并且降低了多道切割的走刀次數。
【IPC分類】B23K26/14, B23K26/402, B23K26/38, B23K26/70
【公開號】CN205111080
【申請?zhí)枴緾N201520726634
【發(fā)明人】袁根福, 張大明, 謝兵兵
【申請人】江南大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年9月21日