[發(fā)明專利]一種金屬膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蝕加工方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111284260.2
• 申請(qǐng)日: 2021-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN113857684A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊祎;常濤;解慶;劉偉;張春紅;張亮;張玻溶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安航天動(dòng)力研究所
• 主分類號(hào): B23K26/362
• 分類號(hào): B23K26/362
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發(fā)明提供了一種金屬膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蝕加工方法，主要解決了傳統(tǒng)激光刻蝕路徑設(shè)計(jì)方法無法實(shí)現(xiàn)不規(guī)則形狀刻痕加工以及網(wǎng)格點(diǎn)集填充激光刻蝕路徑導(dǎo)致加工效率較低的問題。本發(fā)明首先對(duì)Ω形刻痕圖樣進(jìn)行規(guī)則圖形的拆分和還原，其次采用點(diǎn)集制圖軟件生成Ω形刻痕點(diǎn)集群，并基于點(diǎn)集群進(jìn)行Ω形刻痕路徑的設(shè)計(jì)并進(jìn)行初步繪制；再次使用皮秒激光加工工藝進(jìn)行Ω形刻痕的加工；最后對(duì)出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行修正后完成金屬膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蝕加工。本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法可用于大尺寸、任意刻痕深度、任意材料的Ω形刻痕金屬膜片的皮秒激光加工，進(jìn)而將帶有Ω形刻痕的金屬膜片應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)膜片閥。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬帶材或者箔材的皮秒激光加工方法，尤其涉及一種金屬膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蝕加工方法。

背景技術(shù)

Ω形刻痕的金屬膜片是在金屬帶材或者板材上加工出形狀為Ω形、一定深度的盲槽，焊接配套于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)膜片閥上。膜片閥是保證液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可靠工作的重要部件，在推進(jìn)劑加注貯存時(shí)，膜片閥為常閉狀態(tài)，將推進(jìn)劑與發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)腔隔離開；在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，膜片閥在一定的正向壓力差作用下，于Ω形刻痕處破裂打開。

皮秒激光刻蝕工藝可以實(shí)現(xiàn)金屬膜片刻痕的加工并保證設(shè)計(jì)要求性能。目前膜片閥產(chǎn)品配套的C形刻痕金屬膜片已形成一套成熟的激光刻蝕路徑設(shè)計(jì)方法：1)采用點(diǎn)集制圖軟件繪制圓形點(diǎn)集；2)采用CAD制圖軟件修正出“C形”；3)采用CAD制圖軟件進(jìn)行刻痕剩余厚度、刻痕底部形貌的修正。但是，上述方法僅能滿足“C形”刻痕或者其它規(guī)則形狀刻痕的激光路徑設(shè)計(jì)，對(duì)于不規(guī)則形狀的刻痕則完全不適用。

由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求，Ω形刻痕因其鉸接長(zhǎng)度較大，可以避免金屬膜片沿刻痕破裂后脫落形成發(fā)動(dòng)機(jī)多余物的風(fēng)險(xiǎn)，越來越多被應(yīng)用至尺寸大、刻痕深度大的金屬膜片設(shè)計(jì)中。由于點(diǎn)集制圖軟件只能生成基于圓形和矩形等規(guī)則圖形以及圓環(huán)、矩形環(huán)等延伸圖形的點(diǎn)集，因此Ω形刻痕無法通過上述方法進(jìn)行激光刻蝕路徑的繪制。

針對(duì)不規(guī)則形狀的激光刻蝕路徑點(diǎn)集設(shè)計(jì)，常規(guī)方法是采用網(wǎng)格線點(diǎn)集填充去除，但是，對(duì)于膜片閥產(chǎn)品配套的金屬膜片，由于其刻痕尺寸大、寬度窄、深度大，該種激光刻蝕路徑的設(shè)計(jì)方式會(huì)導(dǎo)致激光器的頻繁啟停并進(jìn)一步導(dǎo)致金屬膜片的生產(chǎn)效率降低，無法應(yīng)用至工業(yè)生產(chǎn)中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蝕加工方法，主要解決了傳統(tǒng)的激光刻蝕路徑設(shè)計(jì)方法無法實(shí)現(xiàn)不規(guī)則形狀刻痕的加工以及網(wǎng)格點(diǎn)集填充激光刻蝕路徑導(dǎo)致加工精度及效率低的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種金屬膜片Ω形刻痕的皮秒激光刻蝕加工方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

步驟1，依據(jù)金屬膜片Ω形刻痕的圖樣，進(jìn)行規(guī)則圖形的拆分和還原，將Ω形拆分成圓弧段和直線段，并將圓弧段還原成對(duì)應(yīng)的圓形；

步驟2，采用點(diǎn)集制圖軟件定義步驟1中所述圓心的坐標(biāo)、圓形的半徑、點(diǎn)集圈數(shù)、單圈點(diǎn)個(gè)數(shù)及相位，形成圓形點(diǎn)集群，其中相位的定義可使相鄰兩條或者多條單線的點(diǎn)間隔分布；采用CAD制圖軟件定義步驟1中所述直線段的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)的坐標(biāo)，形成直線段點(diǎn)集群；

步驟3，采用CAD制圖軟件基于步驟2所形成的點(diǎn)集群進(jìn)行Ω形的單線激光刻蝕路徑的設(shè)計(jì)；

步驟4：采用CAD制圖軟件在單線激光刻蝕路徑的基礎(chǔ)上，將多個(gè)相鄰的不同相位的單線Ω形激光刻蝕路徑組合在一起，形成Ω形刻痕基體；針對(duì)Ω形刻痕基體，采用偏移復(fù)制實(shí)現(xiàn)Ω形刻痕刻蝕路徑的初步繪制，得到Ω形刻痕的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；

步驟5，采用步驟4所得設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，使用皮秒激光加工工藝進(jìn)行金屬膜片Ω形刻痕的加工；

步驟6，對(duì)步驟5所得的Ω形刻痕，采用3D激光測(cè)量?jī)x對(duì)刻痕深度及其底部形貌進(jìn)行測(cè)量分析，得到不同位置局部刻痕深度均值和底部形貌的數(shù)據(jù)；