[發(fā)明專利]汽車噴油器微細噴油孔飛秒激光高效精密加工裝置及方法

無效

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• 申請日: 2013-08-06
• 公開（公告）號: CN103394809A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫樹峰;王萍萍;薛偉;章欽棟
• 申請（專利權(quán)）人: 孫樹峰
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/067;B23K26/08
• 代理公司: 北京中北知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11253
• 代理人: 程春生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光微細加工領(lǐng)域，具體涉及一種汽車噴油器微細噴油孔飛秒激光高效精密加工裝置及方法。

背景技術(shù)

噴油板是噴油器上的關(guān)鍵零件之一，噴油板上的噴油孔決定著噴油器的噴霧特性進而決定了發(fā)動機的排放水平，噴油器的噴霧特性尤其受到噴油孔微觀幾何形貌和加工質(zhì)量的影響。噴油孔的幾何參數(shù)（直徑、長度、錐度、形狀、表面粗糙度、孔口邊沿等）綜合在一起決定著發(fā)動機的燃油流動和噴霧特性。

隨著噴油孔的孔徑越來越小，并且由原先的單個直孔發(fā)展為現(xiàn)在的多個斜孔，對微細噴油孔的加工提出了更高要求。傳統(tǒng)的噴油孔加工方法，如沖孔法和鉆孔法已無能為力（沖頭和鉆頭因加工直徑太小的斜孔極易折斷）或存在很多困難（如果增加工藝凸臺，不僅毛坯制造困難，加工完成后需要去除工藝凸臺，而且存在加工毛刺需要后續(xù)去毛刺工序和光整加工工序，因此增加了生產(chǎn)成本）。放電加工（Electrodischargemachining，簡稱EDM）也稱電火花加工，其優(yōu)點是可以加工任何導(dǎo)電材料，不受工件材料的硬度限制，可加工盲孔、斜孔和異型孔，加工過程中幾乎無接觸力，對工具的強度和剛度要求低，可加工直徑小于0.0lmm的微小孔，因此成為目前噴油孔加工的主要方法。然而EDM方法通過電火花燒蝕原理去除材料，所加工孔壁由相互重疊的微蝕坑構(gòu)成，因而存在表面粗糙度低（呈桔皮狀）、重鑄層、熱影響區(qū)、微裂紋、電極磨損快、排屑困難等缺陷。為了提高微細噴油孔的表面質(zhì)量，必須降低脈沖電火花的能量和加工進給速度，或者采用后續(xù)光整加工工序（主要是磨料流光整加工），因此不僅降低了加工效率，而且增加了生產(chǎn)成本。

激光器是上世紀60年代的重大發(fā)明之一，隨后被引入到加工領(lǐng)域。與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，激光加工技術(shù)具有加工效率高、自動化程度高、無刀具加工、無接觸力、成本低等優(yōu)點。然而現(xiàn)有的激光打孔技術(shù)及設(shè)備（如連續(xù)激光或納秒激光加工技術(shù)及設(shè)備）存在的主要缺陷是：加工精度和表面粗糙度低、熱影響區(qū)大、存在重鑄層和微裂紋等，因此目前廣泛使用的激光加工技術(shù)很難滿足噴油器微細噴油孔的高精度和高表面粗糙度加工要求，為了提高加工精度和表面質(zhì)量，需要深入研究新型的激光加工技術(shù)、工藝和設(shè)備。

上世紀90年代初期，飛秒鈦寶石激光器的出現(xiàn)將激光加工技術(shù)推向一個全新的領(lǐng)域，與連續(xù)激光或納秒脈沖激光相比，飛秒激光脈沖與材料的相互作用發(fā)生了本質(zhì)的變化。工件表層電子吸收光子的時間是1fs（10^-15s），電子的弛豫時間是1ps（10^-12s），期間能量儲存于電子中，在弛豫時間過后則轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚瑹崃繉⒂杀韺酉騼?nèi)部擴散，1ps的擴散深度為10nm，因此其熱影響區(qū)非常小。飛秒激光脈沖經(jīng)過強聚焦后，可以在較低的平均輸出功率下實現(xiàn)很高（10¹⁵W/cm²量級）的瞬時激發(fā)光強，如此高的激光強度可快速燒蝕材料并氣化去除，實現(xiàn)飛秒激光加工。飛秒激光加工技術(shù)具有眾多獨特的優(yōu)勢：如加工精度和表面粗糙度高、真三維加工、無需掩模和熱影響小、無重鑄層等，可以實現(xiàn)微細結(jié)構(gòu)特征的高精度、高表面質(zhì)量、真三維成型加工，在微細加工領(lǐng)域展示了巨大的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種汽車噴油器微細噴油孔飛秒激光高效精密加工裝置；本發(fā)明同時提供了一種汽車噴油器微細噴油孔飛秒激光高效精密加工方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種汽車噴油器微細噴油孔飛秒激光高效精密加工裝置，包括飛秒激光、分光鏡、反光鏡組和聚焦透鏡組，所述反光鏡組包括兩個相同的反光鏡，聚焦透鏡組包括兩個相同的聚焦透鏡；所述飛秒激光經(jīng)分光鏡分為兩束光，所述兩束光分別經(jīng)兩個反光鏡反射后，入射到兩個聚焦透鏡，聚焦透鏡將兩束飛秒激光聚焦到噴油板的噴油孔區(qū)域。

本發(fā)明的進一步設(shè)置在于，所述分光鏡的兩分光面為平面，且相鄰的兩分光面的夾角成銳角。

本發(fā)明的進一步設(shè)置在于，所述反光鏡的反射光束的方向與噴油孔的中心線方向一致。

本發(fā)明的進一步設(shè)置在于，兩個聚焦透鏡中心平面的法線方向分別與兩個噴油孔中心線的方向一致。

本發(fā)明還同時提供了一種汽車噴油器微細噴油孔飛秒激光精密加工方法，包括以下步驟：

（1）將噴油板置于三維移動臺上，三維移動臺可帶動噴油板在XYZ三維空間內(nèi)作運動；