[實(shí)用新型]一種金屬與塑料混合薄壁結(jié)構(gòu)連接裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721050740.1
• 申請(qǐng)日: 2017-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN207494786U
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高向東;黃怡潔;林少鐸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/21
• 分類號(hào): B23K26/21;B23K26/60;B23K26/324
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 楊曉松

本實(shí)用新型公開一種金屬與塑料混合薄壁結(jié)構(gòu)連接裝置，包括可發(fā)出激光束的飛秒激光器、可進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)的四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、設(shè)置于四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)頂面且可對(duì)金屬工件和/或透明塑料工件邊沿施以?shī)A緊作用力的夾具以及計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)分別與飛秒激光器以及四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)電連接，飛秒激光器發(fā)出激光束照射于被夾具夾緊的工件照射表面。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型技術(shù)方案解決了塑料與金屬異種不相容材料焊接技術(shù)問題，以及提高金屬與塑料之間激光相連的工作可靠性以及工作效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬與塑料混合薄壁結(jié)構(gòu)連接裝置。

背景技術(shù)

隨著新材料和新結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)，金屬材料和非金屬材料復(fù)合形成的材料得到極大的發(fā)展。特別地，塑料和金屬的混合結(jié)構(gòu)因?yàn)榫哂休p質(zhì)以及高強(qiáng)度等機(jī)械以及物理特性，因此在醫(yī)療器械、包裝工業(yè)、汽車零部件、電子器件封裝等技術(shù)領(lǐng)域中擁有巨大的優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)有技術(shù)中，塑料和金屬相連時(shí)主要采用粘接、機(jī)械鉚接、NMT技術(shù)、銅焊和超聲波焊接，但是上述的這些工藝方法中，或存在外觀形貌不佳、或接頭強(qiáng)度不夠理想、或生產(chǎn)效率較低等缺點(diǎn)。而通過激光加工以將金屬和塑料兩種不同類型的材料進(jìn)行相連因?yàn)榫哂休^好的優(yōu)勢(shì)因此得到應(yīng)用，但是該工藝中，因?yàn)閮煞N類型的材料熔點(diǎn)相差較大，使得兩種類型材料的相容性較低，熔合區(qū)難以生成金屬和塑料間化合物；另外金屬材料的表面存在氧化膜，阻礙兩種不同類型材料的結(jié)合，還有塑料和金屬進(jìn)行加工相連時(shí)容易產(chǎn)生氣泡并存在兩種材料的結(jié)合面，因此使得兩者相連形成的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

因此對(duì)通過激光加工使金屬和塑料進(jìn)行相連的生產(chǎn)工藝進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)具有極其重要的意義。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的主要目的是提出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠的一種金屬與塑料混合薄壁結(jié)構(gòu)連接裝置，旨在解決塑料與金屬異種不相容材料焊接技術(shù)問題，以及提高金屬與塑料之間激光相連的工作可靠性以及工作效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出的一種金屬與塑料混合薄壁結(jié)構(gòu)連接裝置，包括可發(fā)出激光束的飛秒激光器、可進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)的四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、設(shè)置于所述四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)頂面且可對(duì)金屬工件和/或透明塑料工件邊沿施以?shī)A緊作用力的夾具以及計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)分別與所述飛秒激光器以及所述四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)電連接，所述飛秒激光器發(fā)出激光束照射于被所述夾具夾緊的工件頂面。

優(yōu)選地，所述四軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括工作臺(tái)以及驅(qū)動(dòng)所述工作臺(tái)沿X軸方向移動(dòng)的X軸方向步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)所述工作臺(tái)沿Y軸方向移動(dòng)的Y軸方向步進(jìn)電機(jī)，所述X軸方向步進(jìn)電機(jī)和所述Y軸方向步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)方向相互垂直。

優(yōu)選地，所述飛秒激光器發(fā)出照射于工件頂面的激光束在路徑上設(shè)置有聚光鏡。

優(yōu)選地，所述飛秒激光器發(fā)出照射于工件頂面的激光束在路徑上設(shè)置有反射鏡。

優(yōu)選地，所述計(jì)算機(jī)控制和調(diào)整所述飛秒激光器的工作參數(shù)包括激光功率、激光脈沖頻率、激光脈沖寬度、激光器出光直徑。

優(yōu)選地，所述飛秒激光器的工作參數(shù)為激光功率2.0-3.0kW、激光脈沖頻率10-24Hz、激光脈沖寬度10-20ms、激光器出光直徑0-2mm。

優(yōu)選地，所述飛秒激光器的工作參數(shù)為激光功率0.5-2.0kW、激光脈沖頻率2-10Hz、激光脈沖寬度3-10ms、激光器出光直徑2-8mm。

本實(shí)用新型技術(shù)方案通過飛秒激光器對(duì)金屬工件表面加工出凹陷結(jié)構(gòu)，如溝槽或連接孔。然后通過將透明塑料工件放置于加工過的金屬工件頂面，并通過飛秒激光器再次發(fā)出激光束照射于金屬工件表面，使得金屬工件頂面受熱后傳遞至透明塑料工件底面，這樣透明塑料工件底面變成熔融狀并流入金屬工件頂面的凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)，冷卻后金屬工件和透明塑料工件之間形成緊密相連的結(jié)構(gòu)體。本實(shí)用新型技術(shù)方案可降低整體重量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，同時(shí)采用金屬和塑料混合結(jié)構(gòu)，不需要對(duì)原有的制造設(shè)備和生產(chǎn)工藝做出大面積的調(diào)整，因此經(jīng)濟(jì)效益較好且具有較為廣泛的應(yīng)用范圍。