[发明专利]微孔激光-高温化学同步复合加工装置及加工方法

说明书

本发明公开了一种微孔激光‑高温化学同步复合加工装置及加工方法，包括激光加工单元、工作台和化学加工单元，其中，激光加工单元包括依次连接的激光器、光纤和激光加工头，化学加工单元包括储液箱、输出管道和喷头，输出管道的一端与储液箱连通，另一端与喷头连接，喷头安装在激光加工头的下端，工作台上固定工件，所述激光加工头安装在工件的上端；工作台的下端安装有用于调节工作台倾斜角度的角度调节机构。本发明的装置结构简单易行，激光加工与高温化学加工同步自动进行，加工精度、表面质量和效率高。化学液在激光加工的高温区会与工件发生化学反应，不在激光加工的区域由于温度较低，不会发生化学反应，不会对工件造成过度加工，可以保证微孔加工的精密度。

技术领域

本发明属于激光与化学复合加工领域，具体涉及一种微孔激光-高温化学同步复合加工装置及加工方法。

背景技术

难加工材料是指切削加工性比较差的材料。通常采用系数Kr表示材料的相对切削加工性，一般认为Kr<0.5时，属难加工材料。它们难加工的原因一般有以下几个方面：高硬度，高强度，高塑性和高韧性，低塑性和高脆性，低导热性，有微观的硬质点或硬夹杂物等。不锈钢的相对切削性Kr约为0.3～0.5之间，难加工性主要表现在硬度高、塑性和韧性高、导热率低等。汽油喷油器的喷油板零件采用不锈钢(SUS304)材料，喷油板上的喷油孔对尺寸精度和表面质量要求高，现有的放电/电火花加工(EDM)效率低，由于EDM是高温烧蚀加工，因此存在缺陷层，如：重铸层、热影响区、微裂纹等。

激光加工是一种现代精密加工方法，是难加工材料中运用较广的加工方法之一。激光加工是利用连续或脉冲聚焦高能激光束直接作用于被加工材料，使材料局部瞬间熔/气化，或者利用热应力使材料内产生内裂纹并使裂纹沿着规定的方向扩展，从而达到加工工件的目的。激光加工微孔的过程可以分为以下三个阶段：1、表面加热。当激光开始作用于材料表面时，由于材料的表面反射，加热比较缓慢，热量向内部传导；2、表面熔化。在激光持续作用下，当表面温度超过熔点后材料开始熔化，材料的吸收率增大，热量剧增，熔化量加大，材料气化开始；3、熔化材料的去除。随着激光的持续作用，气化比例剧增，蒸气粒子吸收激光能量进一步加热并电离，形成高速膨胀的等离子体，蒸气和等离子体在材料表面产生的巨大冲击力使大部分熔化物向外喷射出来，被加工工件上形成微孔。但激光加工存在以下问题：一方面，由于它是利用激光逐点烧蚀加工工件，所以加工效率较低；另一方面，因为激光加工过程中有熔体的喷溅，加工表面存在大量熔渣，当采用提高激光功率密度的方法来提高激光加工的效率时，会因表面温度梯度大而产生较大的热应力，很容易在材料表面产生微裂纹。这两个因素造成激光加工表面存在缺陷层(如：重铸层、热影响区、微裂纹等)，因此加工质量较低。

化学加工是利用化学液与金属材料发生化学溶解反应从而去除材料的一种加工方法，因此利用化学加工方法对激光加工后的缺陷层进行溶解去除可以提高被加工工件的表面质量。然而，现有的激光与化学串行加工方法是：首先对工件进行激光加工，然后再进行化学加工，现有方法存在的缺点：一是工序长、加工精度和效率低，因为第一道工序是激光加工，第二道工序是化学加工，因此需要二次定位和装夹，二次定位误差将降低加工精度，串行加工工序也降低了加工效率；二是化学液在室温或者加热到一定温度与浸泡在化学液中的工件发生化学溶解反应，对于工件上不需要加工的表面容易造成过度加工，为此需要在加工之前增加保护层和加工之后去除保护层，因此使得工艺过程复杂、加工困难、加工精度和效率低。

申请号为2006100415950，喷射液束电解-激光复合加工方法及其装置，是利用激光发生装置产生激光光束在工件上进行孔、缝、槽的加工，在激光加工的基础上增加了高速喷射液束的冲刷、冷却以及在激光辐照条件下的喷射液束电解的复合加工作用，从而实现在激光加工过程中“在线”去除再铸层。虽然该装置可以去除再铸层，但是该装置需要外界电源的配合，在激光加工区进行电化学阳极溶解，由于在液束与工件之间加上电压，因此，除了激光加工区发生电化学阳极溶解外，工件的其他区域也会发生阳极溶解，容易造成其他不需要加工的区域也发生过渡加工；其工作台不能实现倾斜角度的调整，不能适应于各种倾斜角度的开孔。

发明内容