[發明專利]一種激光電解復合加工用光電液耦合傳導管電極

有效

• 申請號: 202111109215.3
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113843460B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 李勇;劉國棟;佟浩;閆劍鋒;姚堯
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23H5/06
• 分類號: B23H5/06;B23H5/10;B23K26/06;B23K26/073
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅嵐

本發明公開了一種激光電解復合加工用光電液耦合傳導管電極，所述光電液耦合傳導管電極由透光基體、內側反射包層、外側反射包層、內壁導電層和端部導電層構成，所述透光基體為管狀結構，所述內側反射包層和所述外側反射包層分別位于透光基體的內、外壁面上，所述內壁導電層位于所述內側反射包層內壁上，所述端部導電層位于所述透光基體的端部，以形成導光、導電、導液且側壁絕緣同步作用的復合加工用的管電極結構。該管電極具備透明基體導光、中空結構導液和端部金屬層導電的復合功能，同時絕緣基體可以抑制其側壁對已加工表面的電化學雜散腐蝕。

技術領域

本發明涉及特種加工技術領域，尤其是涉及一種激光電解復合加工用光電液耦合傳導管電極。

背景技術

不銹鋼、鈦合金和鎳基合金等難加工金屬合金材料在汽車、航空航天和醫療器械等領域的結構零部件制造中具有廣泛應用。這些零部件上需要加工出高深徑比小孔、槽等結構，同時要求較高的加工精度、表面光潔度和無表面損傷，滿足設計的特殊功能需求。因此，迫切需要發展高精度、高效率、無損傷的加工技術。

通常機械切削加工高硬度、高強度難加工金屬合金材料時存在刀具磨損嚴重和表面毛刺等問題，難加工材料零部件的加工更多依賴特種加工。常用的電火花加工、電解加工、激光加工等特種加工在加工精度、加工效率方面有各自的工藝特點。電火花加工和常規激光加工的效率雖然高，但是被加工表面具有熱影響區和重鑄層；超短脈沖激光加工精度高，無熱影響區，但是加工屑排出困難，加工結構的深寬比受限；電解加工具有加工表面完整性好的優點，但是加工形狀尺寸精度、加工效率有待改善提升。

近些年，激光和水射流結合的水導激光加工相對于常規的連續或長脈沖激光加工，大幅改善了加工屑的排出、提升了加工表面質量和加工精度，但是難以實現高深徑比小孔和高深寬比結構的加工。

以高深徑比小孔和高深寬比結構的加工為目標，有研究嘗試采用金屬管電極的激光電解復合加工。利用中空金屬管電極傳導電解液，激光通過管電極內壁反射和電解液傳導至加工區域，以形成激光電解復合加工。理論上，激光電解復合加工兼具激光加工效率高和電解加工無損傷的優勢，但是該激光電解復合加工方法存在的主要問題是：電解液對激光光強的吸收從而不可能實現高深徑比小孔和高深寬比結構的加工。激光通過電解液傳導至加工區域，不可避免地會被電解液吸收，致使傳導并作用到工件表面上的光強減弱。而且電解液在非定常流動過程中產生的氣泡和渦流也會減弱作用在工件表面的能量，降低加工效率、甚至導致無法加工。在電解液中長距離傳輸的激光光強隨著加工深度而減弱，且隨著加工深度而越發嚴重，不利于高深寬比結構的加工。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種光電液耦合傳導管電極，該管電極具備透明基體導光、中空結構導液和端部金屬層導電的復合功能，同時絕緣基體可以抑制其側壁對已加工表面的電化學雜散腐蝕，可以解決難加工材料上高深寬比結構加工和激光光強減弱的問題。

為了達到上述目的，本發明一方面實施例提出了一種激光電解復合加工用光電液耦合傳導管電極，所述光電液耦合傳導管電極由透光基體、內側反射包層、外側反射包層、內壁導電層和端部導電層構成，所述透光基體為管狀結構，所述內側反射包層和所述外側反射包層分別位于透光基體的內、外壁面上，所述內壁導電層位于所述內側反射包層內壁上，所述端部導電層位于所述透光基體的端部，以形成導光、導電、導液且側壁絕緣同步作用的復合加工用的管電極結構。

進一步地，所述的透光基體的材料具有高透光、高折射率、高強度、良好的絕緣性能。

進一步地，所述透光基體的材料優選為石英玻璃。

進一步地，所述透光基體一端面為激光導入端，另一端面為激光導出端，激光由所述透光基體經全反射傳導至激光電解復合加工的加工區域。

進一步地，所述透光基體側面靠近所述激光導入端的位置設置有導電連接孔，脈沖電源輸出的電流通過所述導電連接孔連接至所述端部導電層和所述內壁導電層。