[發(fā)明專利]一種聲-磁耦合能場輔助激光打孔裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810315196.1
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108655592A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王后孝;朱蘇凱;徐燁
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/70;B23K26/14;B23K26/122;B23K37/04
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本發(fā)明提供了一種聲?磁耦合能場輔助激光打孔裝置及方法，該裝置包括電源、電路控制器、磁場生成單元、工件裝夾單元、磁場旋轉(zhuǎn)單元、超聲生成單元、激光發(fā)生單元和兩個磁場調(diào)節(jié)單元，工件安裝于工件裝夾單元上，在進行激光打孔的同時，磁場生成單元產(chǎn)生可調(diào)節(jié)角度、方向及高度的磁場，超聲生成單元產(chǎn)生垂直于工件加工表面方向的超聲振動，兩者產(chǎn)生的耦合能場同時作用于工件。本發(fā)明利用外加磁場影響激光打孔過程中等離子體的運動、形態(tài)及分布，同時利用超聲能場輔助激光打孔，實現(xiàn)改善打孔質(zhì)量和提高打孔效率的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光制造與加工領(lǐng)域，尤其涉及一種聲-磁耦合能場輔助激光打孔裝置及方法。

背景技術(shù)

激光加工作為一種非接觸式的加工發(fā)展迅速，已運用在許多行業(yè)和加工工藝中，可用作焊接、切割、打孔、刻蝕等等，而激光打孔作為激光加工中的一個重要的方面，由于其加工范圍廣、加工精度高以及相比傳統(tǒng)機械打孔的諸多優(yōu)勢，現(xiàn)如今已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在航空航天、醫(yī)療器械等精密儀器微孔加工方面更是起到了至關(guān)重要的作用。

高功率激光打孔過程中，工件受熱融化，工件上方產(chǎn)生高溫等離子體，高溫等離子體通過吸收、散射和折射作用對激光產(chǎn)生屏蔽效應(yīng)，不僅會降低激光的利用率，而且還會影響微孔成形，嚴(yán)重時，等離子體的屏蔽會使打孔過程無法進行。而且由于激光具有熱效應(yīng)，在其作用下產(chǎn)生的熔融物易附著在孔壁或堆積在孔口附近，形成重鑄層，造成凹凸不平的孔壁形貌，此外還存在熔融物的飛濺、孔內(nèi)出現(xiàn)微裂紋、孔成鼓形、尺寸精度不穩(wěn)定等問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種聲-磁耦合能場輔助激光打孔裝置及方法，利用外加磁場影響激光打孔過程中的等離子體的運動，同時利用超聲波的聲空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)和機械效應(yīng)來輔助激光打孔，實現(xiàn)對激光打孔成孔質(zhì)量改善和打孔效率提高的目的。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種聲-磁耦合能場輔助激光打孔裝置，包括電源、電路控制器、磁場生成單元、工件裝夾單元、磁場旋轉(zhuǎn)單元、超聲生成單元、激光發(fā)生單元和兩個磁場調(diào)節(jié)單元；

所述工件裝夾單元包括水箱和欄框，所述水箱的底部固定于垂直設(shè)置的機床主軸上，所述水箱的頂部開口，所述欄框位于水箱內(nèi)并固定于兩個水箱相對的側(cè)壁上，工件固定在欄框中，所述激光發(fā)生單元產(chǎn)生的激光正對工件；

所述超聲生成單元包括超聲振板，所述超聲振板安裝在水箱內(nèi)的中心位置；

所述磁場旋轉(zhuǎn)單元包括電動機、齒輪、齒輪圓盤、機床底座，所述齒輪同軸固定安裝在電動機的電機軸上，所述齒輪圓盤同軸可轉(zhuǎn)動地安裝在機床主軸上，所述齒輪與所述齒輪圓盤嚙合；

所述磁場生成單元包括兩個電磁鐵，兩個所述電磁鐵正對設(shè)置于水箱的兩側(cè)，兩個所述電磁鐵的磁極相異；

兩個所述磁場調(diào)節(jié)單元分布水箱的兩側(cè)并關(guān)于機床主軸的軸線對稱，所述磁場調(diào)節(jié)單元安裝于齒輪圓盤上，磁場調(diào)節(jié)單元包括電磁鐵夾具、導(dǎo)套、連桿、第一滑塊、第二滑塊；所述第二滑塊沿齒輪圓盤的徑向與齒輪圓盤滑動連接，且所述第二滑塊與齒輪圓盤的相對位置可固定；所述第二滑塊的一端內(nèi)設(shè)有圓柱形通孔，所述導(dǎo)套與圓柱形通孔間隙配合，所述導(dǎo)套和第二滑塊的側(cè)面均設(shè)有若干第二定位孔，通過定位銷和第二定位孔調(diào)節(jié)導(dǎo)套相對于第二滑塊的高度，所述電磁鐵夾具鉸接于導(dǎo)套上；

兩個所述電磁鐵別安裝于兩個磁場調(diào)節(jié)單元上，所述電磁鐵的一端固定安裝于電磁鐵夾具上，電磁鐵的另一端與連桿的一端鉸接，連桿的另一端與第一滑塊鉸接，所述第一滑塊與第二滑塊滑動連接并且第一滑塊與第二滑塊相對位置可固定；

所述電源與所述電路控制器電連接，所述超聲振板、電動機、電磁鐵均與所述電路控制器電連接，所述電路控制器控制超聲振板以產(chǎn)生不同功率的超聲波，電路控制器控制電動機的轉(zhuǎn)速以控制齒輪圓盤的轉(zhuǎn)速，電路控制器控制電磁鐵以產(chǎn)生不同強度的磁場。