專利名稱：一種多功能打點(diǎn)激光毛化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光加工領(lǐng)域，主要用于提高軋輥毛化的質(zhì)量。
背景技術(shù)：
在冶金行業(yè)，軋輥廣泛用于壓延加工。在板材的冷軋中，最后一道工序往往是精度 和光潔度最高的，此時(shí)軋輥的精度和光潔度最高，要求軋輥經(jīng)過磨削加工。人們后來發(fā)現(xiàn)， 僅僅使用磨削加工的軋輥軋制的鋼材或其它金屬板材很光亮，但對(duì)表面還要經(jīng)過鍍鋅或其 它表面處理加工的產(chǎn)品來說特別光亮的板材并不是最好的。例如，對(duì)油漆噴涂或沖壓來說 特別光滑的表面是不利的。因此，人們就提出并采用了軋輥表面毛化(在軋輥的部分表面 上產(chǎn)生一些小坑和凸起并不改變軋輥的整體表面，其中小坑和凸起是共生的，即有小坑就 有凸起)的技術(shù)，這樣就提高了金屬板材的性能(例如著漆性能和沖壓性能等等)。軋輥毛 化有多種技術(shù)，其中包括噴砂毛化、電火花毛化和激光毛化等等。噴砂毛化和電火花毛化所 形成的毛化點(diǎn)都是非規(guī)則的，但是毛化點(diǎn)的深度比較小，毛化點(diǎn)的孔型(指小坑和凸起的 總體形狀)質(zhì)量較差；現(xiàn)在采用的激光毛化技術(shù)所產(chǎn)生的激光毛化點(diǎn)的孔型質(zhì)量比較好但 是毛化點(diǎn)是非常規(guī)則的，而有些毛化要求非規(guī)則的，因此激光毛化最終的應(yīng)用效果也受到 了局限。所以目前的局面是多種毛化技術(shù)并存，各有優(yōu)缺點(diǎn)。現(xiàn)在所使用的激光毛化技術(shù) 中，一般采用了連續(xù)激光(主要是連續(xù)二氧化碳激光)加斬光盤或者多棱鏡的技術(shù)獲得間 斷的激光毛化點(diǎn)的效果。即采用連續(xù)激光光源，讓激光長(zhǎng)時(shí)間輸出連續(xù)的功率相對(duì)穩(wěn)定的 激光，然后在光路上采用斬光盤或者多棱鏡，斬光盤或者多棱鏡以一定的速度旋轉(zhuǎn)，這樣獲 得的激光就是很規(guī)則的間斷激光，通過聚焦以后作用到旋轉(zhuǎn)的軋輥上，就在軋輥上形成了 非常規(guī)則的毛化點(diǎn)，比如在一定的范圍內(nèi)毛化點(diǎn)的距離基本相同和孔型基本一致。實(shí)際上， 激光毛化的孔型質(zhì)量好、成套設(shè)備投入費(fèi)用少、運(yùn)行和維護(hù)成本低而具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但毛 化點(diǎn)非常規(guī)則的問題使激光毛化的受到極大的限制，用連續(xù)激光進(jìn)行毛化的另一個(gè)缺點(diǎn)是 把連續(xù)激光變成間斷激光必然浪費(fèi)一定的激光能量、毛化效率受到制約。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)原有激光毛化的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供一種多功能打點(diǎn)激光毛化設(shè) 備，使這種激光毛化設(shè)備既具有孔型質(zhì)量好、成套設(shè)備投入費(fèi)用少、運(yùn)行和維護(hù)成本低、毛 化效率高的優(yōu)勢(shì)，又能實(shí)現(xiàn)非規(guī)則打點(diǎn)和規(guī)則打點(diǎn)的功能。這樣的設(shè)備顯然包括了全部毛 化設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)而克服了原來設(shè)備的缺點(diǎn)。有利于激光毛化設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的主要措施是采用脈沖激光器作為激光毛 化設(shè)備的光源，該脈沖激光器是二氧化碳激光器、或者固體激光器、或者光纖激光器、或者 半導(dǎo)體激光器，其頻率在20Hz-100kHz之間可調(diào)；通過一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的脈沖頻率控制器，用 其電路構(gòu)造的控制功能控制激光器的工作頻率，使激光工作頻率可以是恒定的、也可以是 隨機(jī)變化的，這樣產(chǎn)生的激光脈沖既可以工作在有序狀態(tài)也可以工作在無序狀態(tài)。將這樣 的脈沖激光聚焦后作用于勻速旋轉(zhuǎn)的軋輥表面，就會(huì)在軋輥表面產(chǎn)生毛化作用。如果脈沖是有序的，則毛化點(diǎn)就是規(guī)則的，如果脈沖是無序的，則毛化點(diǎn)就是非規(guī)則的。另外，在聚焦 點(diǎn)旁邊用一個(gè)穩(wěn)定氣流吹氣或旋轉(zhuǎn)氣流吹氣，則孔型也可以是規(guī)則的或是不規(guī)則的。將脈 沖的有序狀態(tài)和無序狀態(tài)與穩(wěn)定氣流和旋轉(zhuǎn)氣流通過不同組合可以得到打點(diǎn)規(guī)則和孔型 也規(guī)則、打點(diǎn)規(guī)則和孔型非規(guī)則、打點(diǎn)非規(guī)則和孔型規(guī)則、打點(diǎn)非規(guī)則和孔型非規(guī)則等四種 結(jié)果?？梢姡@是一個(gè)至少實(shí)現(xiàn)四種功能打點(diǎn)的激光毛化設(shè)備。因?yàn)槊}沖激光毛化不需要 斬光盤或多棱鏡，全部激光能量用于毛化，所以效率是最高的。原有的噴砂毛化和電火花毛化只能實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)非規(guī)則和孔型非規(guī)則一種功能而且 孔型質(zhì)量都不如激光毛化的質(zhì)量，原有的激光毛化雖然孔型質(zhì)量好但只能實(shí)現(xiàn)規(guī)則打點(diǎn)和 規(guī)則孔型一種功能。本實(shí)用新型顯然克服了上述全部設(shè)備的缺點(diǎn)而集中了它們的全部?jī)?yōu) 點(diǎn)。還有成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。此外，本實(shí)用新型還有激光毛化的占空比可以連續(xù)調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，這意味著激光毛 化的孔型大小等是可以控制的，這對(duì)于控制毛化質(zhì)量是重要的。所謂占空比是指在一個(gè)周 期內(nèi)，輸出激光的時(shí)間占整體周期的份額。例如在使用斬光盤的情況下，如果斬光盤擋光 的時(shí)間和出光的時(shí)間各占一半，則占空比為50%，因?yàn)樵谝粋€(gè)周期內(nèi)輸出到軋輥的激光的 時(shí)間為50%。很顯然，對(duì)于同一個(gè)斬光盤，占空比是固定不變的；同一個(gè)多棱鏡的占空比也 是固定不變的。

本實(shí)用新型的激光毛化設(shè)備按照?qǐng)D1中所示意的方式組成，其主要部分為脈沖 激光器(1)，該激光器是二氧化碳激光器、或者固體激光器、或者光纖激光器、或者半導(dǎo)體激 光器，其頻率在20Hz-100kHz之間可調(diào)；脈沖控制器(2)，用于控制激光器的脈沖工作頻率， 該脈沖控制器可以控制激光器產(chǎn)生穩(wěn)定頻率的有序脈沖或者隨機(jī)頻率的無序脈沖；光學(xué)聚 焦頭(3)，用于將激光束聚焦到軋輥表面；吹氣頭(4)，它可以在恒定方向吹氣或旋轉(zhuǎn)吹氣； 軋輥(5)，是被毛化的對(duì)象；數(shù)控工作機(jī)床(6)，該機(jī)床能使軋輥按照所需要的速度旋轉(zhuǎn)并 驅(qū)動(dòng)光學(xué)聚焦頭按照所需要的速度沿著與軋輥軸平行的方向移動(dòng)，實(shí)際上該機(jī)床與普通的 數(shù)控軋輥車床所不同的是車刀架上移動(dòng)的是光學(xué)聚焦頭而不是車刀；水冷機(jī)組(7)，用于 冷卻激光器、聚焦頭、機(jī)床等需要水冷的部件；總控制柜(8)，用于指揮控制整個(gè)激光毛化 設(shè)備按照操作人員設(shè)定的程序自動(dòng)運(yùn)行。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的具體實(shí)施例子如下一個(gè)功率為4kW的射頻激勵(lì)板條二氧化碳?xì)怏w激光器，它能工作在輸出脈沖激光 的狀態(tài)，其頻率在20Hz-100kHz之間可調(diào)。通過脈沖控制器將其輸出頻率控制在FX5kHz， 這里F是0. 3-1之間的任意隨機(jī)數(shù)，由脈沖控制器中的CPU產(chǎn)生。一個(gè)焦距為150mm的光 學(xué)聚焦頭將激光束聚焦到需要毛化的軋輥表面。這個(gè)聚焦頭與旋轉(zhuǎn)吹氣頭相連接。數(shù)控工 作機(jī)床將軋輥旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速恒定在每分鐘50轉(zhuǎn)。光學(xué)聚焦頭和吹氣頭在工作機(jī)床上沿軸線運(yùn) 動(dòng)。當(dāng)光學(xué)頭沿著軋輥需要毛化的起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到需要毛化的終點(diǎn)后，一個(gè)軋輥的毛化就結(jié)束 了。下一個(gè)軋輥的毛化過程基本重復(fù)上述過程，可能不同的是頻率、光學(xué)頭的運(yùn)動(dòng)速度和軋 輥旋轉(zhuǎn)速度等技術(shù)參數(shù)，這將由操作人員通過總控制柜設(shè)定的程序完成并指揮毛化設(shè)備自
4動(dòng)運(yùn)行。
權(quán)利要求一種多功能打點(diǎn)激光毛化設(shè)備，其主要組成部分為脈沖激光器(1)；脈沖控制器(2)；光學(xué)聚焦頭(3)；吹氣頭(4)；軋輥(5)；數(shù)控工作機(jī)床(6)；水冷機(jī)組(7)；總控制柜(8)；其特征在于毛化設(shè)備所使用的激光器是脈沖激光器，即激光器能夠工作在輸出脈沖激光的狀態(tài)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種多功能打點(diǎn)激光毛化設(shè)備，其特征在于脈沖激光器是 二氧化碳激光器、或者固體激光器、或者光纖激光器、或者半導(dǎo)體激光器。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種多功能打點(diǎn)激光毛化設(shè)備，其特征在于脈沖控制器的 電路構(gòu)造功能是控制激光器的脈沖工作頻率，使激光器產(chǎn)生穩(wěn)定頻率的有序脈沖或者隨機(jī) 頻率的無序脈沖。
專利摘要一種多功能打點(diǎn)激光毛化設(shè)備，本實(shí)用新型屬于激光加工領(lǐng)域，目的是提供一種激光毛化設(shè)備，使這種激光毛化設(shè)備既具有孔型質(zhì)量好、費(fèi)用少、成本低、毛化效率高的優(yōu)勢(shì)，又能實(shí)現(xiàn)非規(guī)則打點(diǎn)和規(guī)則打點(diǎn)的功能，它主要包括脈沖激光器、脈沖控制器、光學(xué)聚焦頭、吹氣頭、軋輥及數(shù)控工作機(jī)床、水冷機(jī)組和總控制柜組成，通過對(duì)脈沖狀態(tài)和氣流狀態(tài)等實(shí)現(xiàn)不同組合可以得到打點(diǎn)規(guī)則和孔型也規(guī)則、打點(diǎn)規(guī)則和孔型非規(guī)則、打點(diǎn)非規(guī)則和孔型規(guī)則、打點(diǎn)非規(guī)則和孔型非規(guī)則等四種激光毛化結(jié)果，本實(shí)用新型優(yōu)越性通過實(shí)驗(yàn)證明多種功能的激光毛化所得到的效果包括了全部毛化設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)而克服了原來設(shè)備的缺點(diǎn)，有利于激光毛化設(shè)備的應(yīng)用。
文檔編號(hào)B23K26/00GK201596847SQ200920228428
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者陳清明 申請(qǐng)人:武漢大族金石凱激光系統(tǒng)有限公司