[發明專利]一種激光射流復合拋光方法與裝置

有效

• 申請號: 201711284504.0
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108000147B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 張連新;孫鵬飛;李建;李明;吳祉群
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
• 主分類號: B23P23/00
• 分類號: B23P23/00;B23K26/352
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

本發明公開了一種激光射流復合拋光方法與裝置。該方法與裝置通過調節激光拋光模塊的聚焦透鏡，使激光束匯聚至待加工工件表面形成激光束焦斑；通過供壓泵輸送拋光液流經噴嘴噴出，產生的射流束沖擊于待加工工件表面，形成射流束沖擊區域；通過機械結構保證激光束焦斑與射流束沖擊區域重疊，進而改變射流束沖擊區域、激光束焦斑與待加工工件的相對位置，完成待加工工件表面的復合拋光過程。該方法與裝置解決了常規拋光技術存在熱應力、加工效率較低的瓶頸問題，提高了超精密拋光效率，同時提高了拋光質量。

技術領域

本發明屬于機械加工領域中的超精密拋光領域，具體涉及一種激光射流復合拋光方法與裝置。

背景技術

超精密拋光作為超精密精加工的最后一道工序，承擔著確定工件表面面型、提高工件表面加工精度、降低工件表面加工損傷的任務。現有的超精密拋光方法有很多，如磁流變拋光、離子束拋光、氣囊拋光、射流拋光、激光拋光等。相比于其他拋光技術，射流拋光和激光拋光均存在可加工材料范圍廣、對工件形狀適應性強等獨特優勢。

荷蘭Delft大學的Oliver W. Fahnle等人提出了一種用于光學元件拋光的射流拋光技術[Fluid jet polishing of optical surfaces, Applied Optics, 1998, 37,6671-6673]，該技術利用供壓泵將攜帶磨料的拋光液輸送至噴嘴加速噴出，形成柔性的射流束沖擊工件表面，借助磨料與工件的高速碰撞產生微量材料去除。專利“全淹沒射流拋光裝置及方法”（ZL201010586835.1） 公開了一種淹沒式射流拋光方法，將噴嘴出口和工件均淹沒在拋光液內，不會出現拋光液的反彈濺射，操作更加安全。

中國專利文獻庫公開的“綠光和紫外光激光拋光藍寶石的復合工藝方法”（申請號200910037055.9）是一種用紫外光激光拋光藍寶石晶片的工藝方法，將激光束聚焦至工件表面，借助光熱耦合作用，以蒸發、熔融等形式產生材料去除，并伴有微小破碎和光化學作用機制材料去除。“液體輔助激光加工方法與裝置”（申請號201710038812.9） 是一種具有快速掃描功能的液體輔助激光加工方法，激光束與液體混合后經過噴嘴射出至待加工工件，所述液體為滿足導光要求的純凈水、酸溶液、堿溶液或鹽水，其本質任然是利用激光產生材料去除，液體本身不產生材料去除。

然而，單純的射流拋光和激光拋光依然存在一定的技術局限性。射流拋光的材料去除率低，導致拋光效率較低；激光拋光利用激光束光熱耦合作用直接產生材料去除，會對被加工工件產生一定的熱效應，導致加工后工件內存在一定的熱應力，一定程度上影響了加工質量。

發明內容

本發明所要解決的一個技術問題是提供一種激光射流復合拋光方法，本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種激光射流復合拋光裝置。

本發明的激光射流復合拋光方法包括以下步驟：

a. 待加工工件表面朝下放置于定位板上，并由固定板固定；

b. 將激光拋光模塊放置于待加工工件上方，將射流拋光模塊放置于待加工工件下方；

c. 調整激光拋光模塊的聚焦透鏡，使激光束匯聚至待加工工件下表面形成激光束焦斑；

d. 射流拋光模塊的供壓泵輸送拋光液流經噴嘴噴出，產生的射流束沖擊于待加工工件下表面，形成射流束沖擊區域；

e. 分別調節激光拋光模塊、射流拋光模塊的空間位置使激光束焦斑與射流束沖擊區域重合，進行待加工工件下表面一點的材料去除，完成此點的復合拋光過程；

f.改變射流束沖擊區域、激光束焦斑與待加工工件的相對位置，完成待加工工件下表面的復合拋光過程。

所述的步驟c中，通過調節聚焦透鏡與待加工工件的相對距離，使得激光束焦斑處的激光束能量小于或等于產生待加工工件材料去除的激光能量閾值。避免所述激光束在工件內部產生裂紋等缺陷。