[发明专利]基于激光制孔的表面高完整性微孔加工方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于激光制孔的表面高完整性微孔加工方法及系统，其中该方法包括：提供一激光发射器，激光发射器可发出逐层平面扫描和纵向进给的蚀刻激光，以通过逐层平底推进的方式在加工件上的目标位置制孔；控制激光发射器在每一扫描层的扫描路径，使得激光发射器发射出的蚀刻激光在每一扫描层沿螺旋轨迹线旋转移动，以在加工件的每一扫描层上形成包括若干环扫圈数的螺旋蚀刻线；本发明孔加工方法采用螺旋扫描的方式进行制孔工作，从而保证每一圈的材料祛除力度及每一处激光与材料作用的时间相同，而且由于蚀刻激光在进给方向上能量密度分布较大，因此可得到更高的加工效率，而且通过螺旋扫描可有效提高孔表面完整度。

技术领域

本发明涉及激光制孔技术领域，尤其涉及一种基于激光制孔的表面高完整性微孔加工方法及系统。

背景技术

目前，一般采用高功率激光冲孔的方式在非透明材料上进行高效率制孔，由于激光冲孔为热作用过程，材料在气化后部分排出孔腔，部分则冷却凝固形成重铸层，甚至由于温差导致微裂纹，使得孔表面、内壁质量变得较差。而在利用飞秒激光加工技术加工微孔时，由于其窄脉宽导致的极高峰值功率，会使得材料以等离子体的方式排出，配合良好的工艺参数，能使得孔表面、内壁具有较好的质量。但由于目前飞秒激光制孔技术通常功率值较小，为满足孔表面完整性要求，不能无限制提升功率，所以导致孔加工效率低，而且由于采用平面圆环扫描轨迹，如图5，在深度进给方向上材料去除速率和轴进给速率不匹配，尚不满足高效率群孔加工的应用需求，另外，平面圆环扫描轨迹为恒角速度扫描，圆孔中心处扫描速度较低，边缘处扫描速度较高，因此孔中心先穿透，边缘后穿透，孔范围内温差较大，容易造成孔边缘毛刺、挂渣、重铸层、微裂纹等现象，导致孔质量较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种满足孔的表面高完整性的同时，还能实现高效率制孔的基于激光制孔的表面高完整性微孔加工方法及系统。

为了实现上述目的，本发明公开了一种基于激光制孔的表面高完整性微孔加工方法，其包括：

提供一激光发射器，所述激光发射器可发出逐层平面扫描和纵向进给的蚀刻激光，以通过逐层平底推进的方式在加工件上的目标位置制孔；

控制所述激光发射器在每一扫描层的扫描路径，使得所述激光发射器发射出的蚀刻激光在每一扫描层沿螺旋轨迹线旋转移动，以在所述加工件的每一扫描层上形成包括若干环扫圈数的螺旋蚀刻线。

较佳的，控制所述激光发射器发出的蚀刻激光相对于前扫描平面的加工角度，使得该加工角度随着环扫圈数的增加递进变化。

较佳的，根据预先设置的所述加工角度的起始值和结束值，所述加工角度随着环扫圈数的增加等量递进变化。

较佳的，所述加工角度相对于环扫圈数的递进变化量根据下述公式一得出，

其中，δ1为所述加工角度的起始值，δ2为所述加工角度的结束值，N为环扫圈数。

较佳的，所述激光发射器的平面扫描速度SP根据下述公式二、公式三和公式四得出，

SP＝L/T (公式二)

其中，d为所述螺旋蚀刻线的螺距，D为加工孔径，D1为所述螺旋蚀刻线的起始孔径，K为预设的扫描层数，π为圆周率常数，T为预设加工时间常数。

较佳的，所述激光发射器发出的蚀刻激光向每一扫描层的纵向进给距离可任意调节。

较佳的，蚀刻激光在所述加工件的前端若干扫描层的进给距离大于后端若干扫描层的进给距离。