[发明专利]一种高同轴度、大深径比微孔加工方法

说明书

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种高同轴度、大深径比微孔加工方法，克服现有微孔深径比加工有限、同轴度较差且加工成本高等问题。利用空间光调制器，在线通过切换不同贝塞尔光束全息图，从而实现沉孔与通孔所需的贝塞尔光束参数的切换，最终在线实现同轴的通孔与沉孔加工；由于此种方法并不需要对工件进行多次装夹或者更换加工头，因此工件与加工头的位置始终保持不变，属于一次性加工完成，不仅保证了通孔与沉孔的同轴度同时有利于大深径比的微小孔的制造。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种高同轴度、大深径比微孔加工方法。

背景技术

高品质的微孔结构加工在航空制造、传感器制造、微流体器件制造、生物装置、以及新能源领域等有着极其重要的作用，广泛应用于精密过滤设备、化纤喷丝板、喷气发动机喷嘴、汽车发动机喷油嘴、航空陀螺仪表元件、飞机透平叶片等零件的加工中。

在精密制造中，微孔加工主要通过机械钻孔、电火花打孔、电化学打孔、电子束加工、聚焦离子束加工、激光束加工等方法实现，其中机械钻孔是最常见的钻孔方式，但由于机械钻孔存在应力且受制于钻头的极限尺寸、深度(尺寸＞30微米、深宽比＜5)及刚度。电火花打孔通过放电方式加工，一般加工尺寸大于80微米以上直径的浅孔结构；电化学打孔其主要机理是通过电极辅助在液体电解质中产生化学变化从而进行微孔加工，加工精度更高。但这两种方式均存在材料限制，电极造成损耗、深径比受限等问题。此外，利用电子束、离子束方式能够加工亚微米结构微孔，但也存在深径比受限(深径比＜10)、使用条件苛刻、效率低、设备昂贵、效率低等问题。

激光束加工由于其材料适用性广、非接触加工、效率高、设备简单、成本低等独特的优势，自1960年第一台红宝石激光器问世以来，一直备受关注。

但随着对产品的性能、加工形貌、加工精度和质量等要求越来越高，传统的微孔加工方法已不能满足加工需求。例如，由于较高的质量(重铸层小、无裂纹、无热影响区)和深径比(深径比＞20：1)需求，以及材料特殊多样(聚合物、玻璃等)、台阶孔内通孔与沉孔的同轴度要求极高条件限制，微电火花/ 电化学/刻蚀辅助等方法均不适用，电子束加工可满足加工精度却又无法获得足够的深径比；传统激光束加工同轴的通孔与沉孔时，因通孔与沉孔的孔径等参数不一样所以需要二次定位，这就会存在两个问题：

1、两个孔的同轴度要求很高，又存在二次定位，那么需要依赖精度要求非常高的运动平台，这样的话对打孔的装置的要求会很高，而且成本也会很高；

2、传统的激光加工中，同一种激光加工部件是不能实现两种不同孔参数的加工的(直径、深径比等参数)，因此针对同轴的通孔与沉孔加工时，就需要两种激光加工部件，加工步骤、两个激光加工部件的切换调教等就非常繁琐，同时提高加工成本。

发明内容

针对现有微孔深径比加工有限、同轴度较差且加工成本高等问题，本发明公开了一种高同轴度、大深径比微孔加工方法，具体针对大深径比的(通孔深径比≥20：1)，同轴度精度要求极高(通孔与沉孔同轴度≤2μm)、尺寸微小(通孔直径10μm；沉孔＜80μm)的微孔加工。

本发明的技术解决方案是提供一种高同轴度、大深径比微孔加工方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤一、根据所需加工的通孔口径D₀，深度I₀，经过工艺试验确定所需的激光光斑Φ₀，焦深h₀；

步骤二、根据所需加工的沉孔口径D₁，深度I₁，经过工艺试验确定所需的激光光斑Φ₁，焦深h₁；其中沉孔与通孔同轴且相通；其中D₁﹥D₀；Φ₁﹥Φ₀；I₀﹥I₁；