[發明專利]一種傾斜式磁性陰極板激光電化學復合鉆孔的裝置及方法

有效

• 申請號: 202010967161.3
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112222549B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 王銀飛;張朝陽;張先爍;吳予澄;趙斗艷;王濤;楊帥
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23H5/06
• 分類號: B23H5/06;B23H9/14;B23K26/00
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本發明公開了一種傾斜式磁性陰極板激光電化學復合鉆孔的裝置及方法，屬于特種加工中的激光加工領域，包括激光加工系統、電化學加工系統以及控制系統；為了解決激光鉆孔中錐度大和效率低的問題，本發明裝置利用空氣端磁鐵與材料產生的電場加速熔融金屬流動，從而提高打孔效率，同時，利用磁場對孔自上而下約束等離子體，從而減小孔徑。電化學反應進一步擴大孔徑，減小錐度；相較于普通鉆孔方法，本方法提出的傾斜式磁性陰極板的激光電化學復合鉆孔能夠對孔的錐度逐步反向糾正，進一步改善孔的錐度并提高鉆孔效率。本方法充分利用了磁場對等離子體的約束，與現有方法比較，本發明裝置簡單，操作方便，效率較高，可顯著改善孔徑錐度和鉆孔效率。

技術領域

本發明屬于特種加工中的激光加工領域，涉及到一種傾斜式磁性陰極板激光電化學復合鉆孔的裝置及方法，適用于金屬材料的通孔加工。

背景技術

激光打孔具有打孔速度快、效率高，可獲得較大的深徑比，非接觸式加工、無刀具磨損等特點，使得激光打孔的應用領域逐漸變廣。但與此同時，激光加工也不可避免會帶來一些缺陷，如重鑄層、微裂紋、錐形孔等。

在使用激光打孔技術加工上述部件的通孔時，錐度和深徑比是衡量孔的重要指標，錐度越大說明所加工的孔的質量越差，深徑比越大越難加工。但是，采用傳統的激光加工方法，由于激光的聚焦特性，使其所加工的深孔不可避免地存在較大的錐度。

國內外的研究人員對激光打深孔的方法進行了一定的研究，中國專利“一種電場磁場耦合輔助激光打孔裝置”，專利公開號CN203738235U提出：電場磁場耦合輔助激光打孔的方法，通過旋轉電場、磁場對等離子體的作用，使其在孔內與電場磁場一起轉動，增強了其與孔壁的熱耦合效應，使熔融金屬的量增多，增加了單個脈沖激光的工件去除率，加快了打孔速度。通過旋轉磁場對孔內熔融金屬的攪拌，使其均勻附著在孔壁上，修復孔壁的微裂紋，減小了打孔過程的隨機性，提高了打孔重復性精度和孔的圓度精度。該裝置對于打孔過程中錐度的控制不顯著，同時無法減小加工過程產生的熱影響區。

中國專利“一種基于直流電場和軸向磁場的激光制孔裝置”，專利公開號CN109014620A提出：直流電場和軸向磁場耦合的激光制孔裝置，用外加電一磁耦合能場影響激光制孔過程中等離子體的運動、形態、密度及分布，從而改善制孔質量、提高制孔效率。該裝置在加工過程中由于工件旋轉，故打孔位置較為局限，同時打孔效率不夠顯著。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提出了一種傾斜式磁性陰極板激光電化學復合鉆孔的裝置及方法，利用磁場對激光加工過程中等離子體的約束，減小孔的錐度。利用傾斜式磁性陰極板接線端與工件形成的電場，使得等離子體中的電子向下作加速運動，從而加速熔融金屬的流動，提高打孔效率。本發明還提供了一種傾斜式磁性陰極板激光電化學復合鉆孔的裝置及方法，利用該裝置可以實現上述方法。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種傾斜式磁性陰極板激光電化學復合鉆孔的方法，包括以下步驟：

待加工工件通過夾具設置在水槽內，水槽內充有電解液；

待加工工件兩側設置有磁性陰極板，且磁性陰極板與脈沖電源負極連接，待加工工件與脈沖電源正極連接；

待加工工件與磁性陰極板之間形成電場，且待加工工件兩側的磁性陰極板可形成強度自上而下逐漸減弱的磁場；

激光器發出的激光束經聚焦透鏡聚焦后輻照在待加工工件上進行打孔。

進一步的，具體包括如下步驟：

步驟一)將待加工工件置于專有夾具上固定并夾緊，磁性陰極板置于待加工工件兩側；操縱計算機移動工作臺，使得激光束能夠輻照在待加工工件上；連通脈沖電源電路，向水槽內倒入電解液；