[发明专利]一种指尖封严片皮秒超快激光切割质量控制方法

说明书

本发明一种指尖封严片皮秒超快激光切割质量控制方法，可解决皮秒激光切割引入的局部热应力造成的变形问题，该方法采用分段切割的方式，在宏观上将零件按照结构特征划分成对称区域进行切割，将圆环划分成小分为弧段，并交错切割外圆和内圆；在切割每个小弧段时，将切割轨迹分层，不同层数的切割速度按照一定规律变化，控制每个小弧段材料断屑脱落行为，从而整体上实现了各个切割区域内应力平衡的切割效果。

技术领域

本发明属于皮秒超快激光切割工艺技术领域，尤其涉及一种指尖封严片皮秒超快激光切割质量控制方法。

背景技术

长脉冲激光切割由于热效应显著，切割板厚小于0.5mm的金属薄板时加工部位会产生热变形，因而无法实现微米级结构的切割。采用脉冲宽度超过10ps的超短脉冲激光作为光源，按照长脉冲切割方式编程切割金属薄板，仍会在切割区域引入热应力，并且宏观上封严片的指尖会产生变形和翘曲。航空发动机用指尖封严片由于需要同回转轴配合，具有大尺寸高精度的特点，并对组件可靠性提出较高要求。超短脉冲激光切割具备微米级结构加工能力，重熔层极小，但由于切割大尺寸零件时所积累的内应力所表现出的形变是亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种指尖封严片皮秒超快激光切割质量控制方法，以解决脉宽大于10ps的皮秒超短脉冲激光切割大尺寸零件造成的变形问题，实现无变形、小重熔层薄板零件的超短脉冲激光切割。

本发明提供一种指尖封严片皮秒超快激光切割质量控制方法，包括如下步骤：

步骤1：将板材装夹在皮秒超短脉冲激光机床的夹具上，装夹面平面度小于0.06mm；

步骤2：利用皮秒超短脉冲激光机床切割形成指尖缝和定位孔，切割时根据板厚分层切割，每层采用不同的切割速度；

步骤3：采用分弧段切割的方式切割外圆和内圆，切割顺序为：外圆、内圆、内圆、外圆，即先采用对称交错的切割方式切割外圆形成多个间隔的弧段槽，然后采用同样的方式切割内圆形成多个间隔的弧段槽，再采用同样的方式切割内圆剩余的弧段，最后采用同样的方式切割外圆剩余的弧段；弧段切割时根据板厚分层切割，每层采用不同的切割速度。

在本发明的指尖封严片皮秒超快激光切割质量控制方法中，外圆和内圆的弧段数量根据下列公式确定：

s＝n×i

其中，s为外圆和内圆的弧段数量，n为指尖缝的数量，i为正整数。

在本发明的指尖封严片皮秒超快激光切割质量控制方法中，每个弧段所对应的圆心角α为：

其中为了保证弧段能够脱落，弧段宽度σ≥0.3mm。

在本发明的指尖封严片皮秒超快激光切割质量控制方法中，步骤3中采用对称交错的切割方式切割外圆形成多个间隔的弧段具体为：

1)选取某一指尖缝的中心线延长线同外圆轮廓线交点处作为切割的起始位置；

2)切割轨迹在板材所在的XY平面内沿该弧段轮廓顺时针或逆时针绕行，同时激光每沿弧段轮廓绕行一次，沿板厚Z方向下降δ(mm)，其中Δ为板厚，t为分层数，直到将该弧段的每层都切割完成，弧段脱落形成弧段槽；

3)切割完上一弧段后，绕中心线旋转β角度后，重复2)切割下一弧段，直到外圆形成多个相互间隔的弧段槽，其中β＝π+α。

在本发明的指尖封严片皮秒超快激光切割质量控制方法中，步骤3中采用同样的方式切割内圆形成多个间隔的弧段槽时，首先选取某一外圆弧段的末端所在半径和内圆轮廓线交点作为内圆的切割起始位置。

在本发明的指尖封严片皮秒超快激光切割质量控制方法中，每层采用不同的切割速度具体为：