[實用新型]水射流和氣流復合輔助激光加工的系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320422178.6
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN203390395U
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 龍芋宏;鄒登峰;廖志強;江威
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學;桂林醫(yī)學院
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/14
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 歐陽波

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于提高激光加工效率的水射流和氣流復合輔助激光加工的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光加工適合于大部分材料，具有非接觸、靈活和精確等優(yōu)點。但對于微米、亞微米級刻蝕領(lǐng)域的一些應用，激光直刻產(chǎn)生的熱影響區(qū)、沉積和沖擊破壞效應等問題是不容忽視的。為此，在目前的激光加工中，采用輔助氣體噴射來吹走激光直刻產(chǎn)生的飛濺物,同時降低激光加工區(qū)溫度。但是，在激光刻蝕加工深度加大的時候，氣體噴嘴的氣流進入切割縫內(nèi)的量明顯減少，因而大大地降低了氣體噴嘴的效率,無法有效地清除激光刻蝕產(chǎn)生的碎屑和降溫,直接影響激光刻蝕效率和加工質(zhì)量,例如工件會產(chǎn)生再鑄層、殘余應力和微裂紋等。因此，目前的激光加工切縫深度小于10mm，無法用于更大厚度板材的切割。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是設計一種水射流和氣流復合輔助激光加工的系統(tǒng)，在常規(guī)的與激光束同軸的氣體噴嘴后方再設置一個水射流噴嘴，水射流限制氣體的擴張，提高動量傳遞，同時更好地使加工區(qū)域降溫，提高激光加工的效率和質(zhì)量。

本實用新型水射流和氣流復合輔助激光加工的系統(tǒng)，包括激光控制單元、脈沖激光器、聚焦透鏡、氣體噴嘴和工作臺，工件固定于工作臺表面，激光控制單元連接、控制脈沖激光器，脈沖激光器發(fā)出的激光束經(jīng)聚焦透鏡聚縮，穿過氣流噴嘴后聚焦于工件表面，氣流噴嘴的縱向中心線與激光束同軸，在氣流噴嘴后方，設置有水射流噴嘴，水射流束中心線處于激光束中心線和所加工的工件切縫構(gòu)成的平面內(nèi)。

所述水射流噴嘴噴孔和氣體噴嘴噴孔的直徑為mm量級。

所述水射流噴嘴噴射的水為去離子水或蒸餾水的超純水。

所述水射流噴嘴噴孔的縱向中心線處于激光束中心線和切縫構(gòu)成的平面內(nèi)。所述水射流噴嘴噴孔的縱向中心線與工件表面的交點和激光束在工件表面的聚焦點的中心之間的距離為1～2mm。

接有儲氣瓶的氣泵與氣流噴嘴連接，產(chǎn)生氣流束。水泵連接水射流噴嘴，以產(chǎn)生水射流。計算機控制中心連接控制氣泵和水泵，控制其啟停和產(chǎn)生的壓力。計算機控制中心還連接激光控制單元，控制激光功率。

所述工作臺安裝有工作臺X軸驅(qū)動機構(gòu)和工作臺Y軸驅(qū)動機構(gòu)，X軸驅(qū)動電機和Y軸驅(qū)動電機分別連接工作臺X軸驅(qū)動機構(gòu)和工作臺Y軸驅(qū)動機構(gòu)，計算機控制中心連接X軸驅(qū)動電機和Y軸驅(qū)動電機，控制工作臺的移動。

所述工作臺上方有裝有超純水的工作腔，工作臺頂部的凸臺位于工作腔內(nèi)，工作臺凸臺頂面高于工作腔的水面，工件固定于工作臺凸臺頂面。

工作腔有溢流口，溢流口的最低點低于工作臺頂面。

工作腔的溢流口經(jīng)溢流管接入水池，水池內(nèi)存儲產(chǎn)生水射流的超純水，水泵的進口經(jīng)過濾器接入水池內(nèi)、吸取水池內(nèi)的超純水，水泵出口接入水射流噴嘴，泵出的壓力水經(jīng)水射流噴嘴產(chǎn)生水射流。

所述水泵出口經(jīng)球閥接入水射流噴嘴，球閥相當于水流開關(guān)，開啟球閥水泵才可向水射流噴嘴送水。

所述水泵出口經(jīng)三通接溢流調(diào)壓閥的一端，溢流調(diào)壓閥的另一端經(jīng)溢流調(diào)壓管接回水池。調(diào)節(jié)溢流調(diào)壓閥可調(diào)節(jié)水流速度，從而調(diào)節(jié)水射流噴嘴的水射流噴射速度。水射流噴射速度根據(jù)加工的材料的厚度進行調(diào)整。

開始工作前,確認管路暢通，開啟球閥，開啟水泵，調(diào)節(jié)溢流調(diào)壓閥，水射流噴嘴產(chǎn)生高速穩(wěn)定的水射流，使水射流束在工件表面噴射點中心和激光束在工件表面上的聚焦點中心的距離為1～2mm。加工時開啟水泵，則水依次流經(jīng)過濾器、水泵、球閥，從水射流噴嘴的噴孔高速噴射出，從工件表面流到工作腔內(nèi)，再從工作腔的溢流口回流至水池，水循環(huán)工作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型水射流和氣流復合輔助激光加工的系統(tǒng)的優(yōu)點為：1、水射流束緊跟在氣流束之后進入切縫，穩(wěn)定噴射的不可壓縮的水射流束約束氣體的擴張，使之能進入切縫深處，提高動力傳遞，改進氣流束在切縫深處的動力沖刷作用；2、水射流束不接觸切縫內(nèi)的激光束，故可適用于不同波長激光的加工；3、水射流的冷卻作用也可以消除激光的熱影響，消除激光加工的殘余應力，避免產(chǎn)生的微裂紋；而且噴射的水流的高速沖刷還能帶走激光加工生成的熔滴，有效阻止再鑄層的生成，明顯提高激光刻蝕效率和加工質(zhì)量；4、本系統(tǒng)特別適合于激光加工較厚的板材，尤其是大于15mm厚度的板材效果顯著，克服傳統(tǒng)激光加工厚片材的難題，優(yōu)越性明顯；5、本系統(tǒng)的水射流噴嘴結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，易于在現(xiàn)有激光加工系統(tǒng)上改造實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本水射流和氣流復合輔助激光加工的系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖內(nèi)標號為：