[發明專利]一種中空激光與電解聯合加工微型環槽的方法與裝置

有效

• 申請號: 201310737195.3
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103706901A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 姜銀方;王春輝;姜文帆;程志軍;金華;丁報
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23H5/00
• 分類號: B23H5/00;B23H11/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及制造技術的微細電解加工領域，特指一種中空激光與電解聯合加工微型環槽的方法與裝置。

背景技術

微小的槽結構存在于家用電器、儀器儀表和精密模具等領域中。其加工精度、加工質量及加工效率對產品的性能、質量和制造成本有很大的影響。通常普通結構的加工主要是通過機械加工進行的，然而微型結構往往比較小，其精度要求較高，很難通過機械加工達到精度要求。

電解加工的出現為微型結構的加工提供了一種渠道。在實際中，由于其具有工具無損耗、生產效率高、加工表面質量好、與材料硬度無關等優點，人們能夠通過電解加工加工出各種復雜的微型結構，極大地滿足了日常電器、儀器儀表等使用要求。

中國專利CN1919514A提出一種噴射液束電解—激光復合加工方法及其裝置，在進行激光加工的同時，噴射與激光束同軸的高速噴射電解液束，被陰極極化的電解液束對激光加工區進行冷卻、沖刷和電化學溶解，實現激光加工過程中去除再鑄層。但這種方法在激光束穿過電解液噴射腔時，激光的部分能量會被電解液吸收，電解液的折射、散射也會影響光束的傳導，進而不可避免地造成激光能量的損失，難以實現激光能量在電化學加工體系中的有效傳輸。

中國專利CN1259598C提出了準分子電化學微結構制造方法及其裝置，首先利用集成電路的光刻制版工藝制造陣列微探針電極，在被加工基片和探針電極之間加入電解液，通電后，用準分子激光從探針電極上方照射加工區域，控制電化學反應，實現基片的微結構加工。該方法的缺點是準分子激光從探針電極上方向下照射時將被電極遮擋，激光只能照射到不需要加工的空隙處，而不能直接照射在加工部位。

中國專利CN10817108A提出一種掩膜電極的光電化學微刻蝕加工方法和裝置，采用在導電玻璃上進行光刻膠作為掩膜電極，在激光的照射下進行光電化學反應，進而去除材料。但該方法只能通過光刻技術來改變加工的形狀和大小，對于加工微型環槽來說，不能隨意地改變環形槽內外徑的大小，不具有靈活性。

針對以上微型槽加工方法存在的缺點，本發明提出一種微型環槽結構的加工方法，采用中空變束系統來控制環形加工區域的大小，在激光照射的同時進行電解加工，提高微型環槽加工的靈活性和精度。

發明內容

本發明的目的在于針對于微型環槽加工的靈活性和精度不足的缺點，提出一種精度高、加工區域可控性好、表面質量好、生產效率高的中空激光與電解聯合加工微型環槽的方法和裝置。采用可以將實心激光束變束成中空環形激光束的激光變束系統來控制環形加工區域的大小，這樣使得環槽的加工具有很好的靈活性和柔性化；在進行電解加工的同時，對加工區域進行激光照射，在激光的作用下，其電化學反應的活化能得到降低，進而降低其臨界分解電壓，使待加工區域的電化學反應更容易發生，非照射區域則基本不發生反應，進而提高區域加工精度，同時激光沖擊波的作用也有利于電解產物的排出；加工電源采用微秒級可調脈沖電源，在脈沖間隔時間內，其電極間隙內的電解液得到充分的更新，且在脈沖電流的作用下，間隙內存在壓力波，對電解液起到一定的振動攪拌作用，有利于電解產物的快速排出，提高加工精度。

本發明實施方法具體為：

（1）采用ITO導電玻璃作為工具陰極。

（2）將工件陽極固定在工作臺上，然后將工具陰極固定于工件陽極待加工區域的正上方并與之保持5~10mm的距離；?

（3）將工件陽極和工具陰極分別與微秒級可調脈沖電源的正負極連接；

（4）開啟微量泵將槽中電解液經過過濾器輸送到工件陽極表面并使其均勻且穩定的流過，加工過程中使電解液的液面與工具電極的下表面始終保持接觸；

（5）通過計算機控制系統設定激光參數，激光器接收到計算機控制系統發出的指令發出激光束，激光束通過激光變束系統的變束與變焦后形成中空環形激光；通過數控系統再次調整工作臺對中空激光束與工件上待加工區域進行精確定位，使中空激光束照射在加工區域；

（6）根據所需的微型環槽的尺寸設定好具體的電源加工參數，并將激光器輸出的激光和脈沖電源輸出的電壓均設定到合適且相同的頻率，然后啟動激光器和數控系統，并給以工作臺一定的進給速度使工具和工件之間保持2~3mm的反應間隙；同時接通微秒級可調脈沖電源進行電解加工；加工過程中，通過電流傳感器采集電流信號，通過數據采集卡的數據采集后輸入到計算機內進行數據處理，對電解加工狀態進行判斷。

（7）電解加工完成后對含有微型環槽的工件進行清理。