[发明专利]一种激光辅助电化学处理孔质量的方法及装置

说明书

本发明公开了一种激光辅助电化学处理孔质量的方法及装置，涉及复合特种加工技术领域。包括以下步骤：对通孔进行激光和电化学处理以提高孔质量。本发明方法利用工具电极上形成的气膜产生的“尖端”放电及气膜对激光产生的反射和折射作用来有效改善孔内壁质量以及降低锥度，本发明装置包括工件加工系统和控制系统；所述工件加工系统包括激光加工系统和电化学加工系统；本发明装置结构简单，可实现激光打孔、激光和电化学处理在一套装置上实现。

技术领域

本发明涉及特种加工技术中的微细加工领域，尤其涉及到一种激光辅助电化学处理孔质量的方法及装置，适用于非导电硬脆材料的通孔加工。

背景技术

激光打孔技术是激光加工的主要应用领域之一。相比其它常规打孔方法如机械钻孔、电火花加工等具有速度快、效率高、经济效应好的优点，因此被广泛应用于金属材料、半导体材料、陶瓷材料等领域，很好的满足了汽车、航天、医疗等相关行业对材料精密度的要求。

锥度是衡量通孔质量的一个重要指标。锥度越大，孔的质量越差。由于激光能量的分布不均匀，单一的激光加工不可避免的存在锥度较大以及加工工件厚度限制的问题。

国内外的研究人员对如何减小孔锥度的方法已经进行了一定的研究。中国专利“一种改善孔锥度和内壁质量的激光打孔装置及方法”，提出了一种通过可旋转夹具将工件在第一次激光打孔后绕孔的x方向旋转180°，使得工件刚好浸在水中且不改变小孔的x、y的坐标，再利用激光诱导空化技术进行第二次激光打孔的方法。该方法在打孔过程中需要将工件旋转180°，对于装置的精度要求极高且不易保证。

中国专利“一种陶瓷材料激光加工装置及方法”，提出了一种将两个激光头分别置于板材的两侧并定位，然后分别设定两个激光头的运动轨迹，最后同时启动两个激光头和分别设定好的运动轨迹移动，完成对激光孔的加工。该方法在加工过程中对于不同激光头的光斑直径大小以及运动轨迹的一致性要求极高，同时板材放置的180°位置也必须精确，因此难以保证精确性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种激光辅助电化学处理孔质量的方法，在改善孔壁质量过程中，利用工具电极上形成的气膜产生的“尖端”放电及气膜对激光产生的反射和折射作用来有效改善孔内壁质量；本发明还提供了一种激光辅助电化学处理孔质量的方法的装置，利用该装置可以实现上述方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种激光辅助电化学处理孔质量的方法，对孔进行激光和电化学处理以提高孔壁质量。

进一步的，电化学加工具体为：工具电极周围气泡聚结形成使工具电极与电解液隔离的气膜，从而出现“尖端”放电，利用“尖端”放电产生的能量对孔壁进行处理。

进一步的，激光设置在被加工工件的一侧，工具电极设置在被加工工件的另一侧，激光辐照在工具电极周围的气膜上，气膜会使激光发生折射和反射从而蚀除孔壁材料。

进一步的，所述工具电极可绕孔轴旋转对孔壁进行电化学处理。

进一步的，所述工具电极外侧壁上涂覆有金刚石涂层。

进一步的，孔为通过激光加工出来的倒锥形孔。

一种激光辅助电化学处理孔质量的方法的装置，包括工件加工系统和控制系统；所述工件加工系统包括激光加工系统和电化学加工系统；其中，激光加工系统包括脉冲激光器、反射镜、聚焦透镜和数控平台；所述脉冲激光器发出的激光束通过反射镜反射后经聚焦透镜聚焦到被加工工件上；所述数控平台上放置专用工作槽；所述专用工作槽内充有电解液；电解液高度略高于被加工工件；当通孔完成后，电解液流进孔内；

所述电化学加工系统包括电化学电源、电流表、辅助电极、工具电极和被加工工件；所述工具电极与电化学电源的负极相连，所述辅助电极与电化学电源的正极相连，所述电流表串联在电化学回路中；所述工具电极的旋转和位置通过X-Y-Z工作台控制；