專利名稱：一種激光鉆孔方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光加工領域，特指一種在激光鉆孔過程中利用高速流體輔助鉆孔的方法。
背景技術：
激光打孔是最早達到實用化的激光加工技術，也是激光加工的主要應用領域之一。隨著近代工業(yè)和科學技術的迅速發(fā)展，使用硬度大、熔點高的材料越來越多，而傳統(tǒng)的加工方法已不能滿足某些工藝要求。例如，在高熔點金屬鑰板上加工微米量級孔徑；在硬質(zhì)碳化鎢上加工幾十微米的小孔；在紅、藍寶石上加工幾百微米的深孔以及金剛石拉絲模具、化學纖維的噴絲頭等。這一類的加工任務用常規(guī)機械加工方法很困難，有時甚至是不可能的，而用激光打孔則不難實現(xiàn)。激光束在空間和時間上高度集中，利用透鏡聚焦，可以將光斑直徑縮小到微米級從而獲得105-1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度幾乎可以在任何材料實行激光打孔，而且與其它方法如機械鉆孔、電火花加工等常規(guī)打孔手段相比，具有以下顯著的優(yōu)點I)激光打孔速度快，效率高，經(jīng)濟效益好。由于激光打孔是利用功率密度為107-109W/cm2的高能激光束對材料進行瞬時作用，作用時間只有10 —
3-10 - 5s,因此激光打孔速度非?？?。將高效能激光器與高精度的機床及控制系統(tǒng)配合，通過微處理機進行程序控制，可以實現(xiàn)高效率打孔。在不同的工件上激光打孔與電火花打孔及機械鉆孔相比，效率提高10-1000倍。但是現(xiàn)有的激光鉆孔方法具有以下缺點1.在利用激光鉆大直徑的孔時熔渣難以排出；2.加工后孔表面熔融濺射物很多影響孔的質(zhì)量；3.使用長脈沖激光鉆孔時鉆孔質(zhì)量不佳，且不易鉆通，必須縮短激光脈沖增加了控制成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供了一種激光鉆孔的方法；該激光鉆孔的方法提高了鉆孔速率、提高了孔的加工質(zhì)量并降低了控制成本。本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的一種激光鉆孔方法，包括以下步驟(I)用增壓裝置將高壓氣體或液體噴射至將要鉆孔的工件表面并在工件表面形成一層高速流體層，所述高速流體層的流體流向平行于工件表面；(2)啟動激光器發(fā)出激光光束在工件表面進行鉆孔。激光作用于工件表面時，首先使得一部分材料蒸發(fā)形成一個微小的孔，接著激光進一步融化材料加大孔的深度，這時孔內(nèi)有多種復雜成分，其中主要的成分為熔融的工件材料(呈液態(tài))，蒸發(fā)的工件材料蒸汽(呈氣態(tài))，激光與材料蒸汽作用形成的等離子體(電子激發(fā)態(tài))。等離子體首先迅速膨脹并噴出孔外，在孔口附近形成等離子體云覆蓋在孔口，接著在激光的作用下，孔內(nèi)熔融材料、材料蒸汽及等離子體繼續(xù)增多，在等離子體的覆蓋下這些成分在激光的熱作用下急劇膨脹，并發(fā)生爆炸，這些成分最終混合在一起噴射出孔外。這種爆炸會對孔的質(zhì)量造成不利影響，如在空內(nèi)壁產(chǎn)生拉應力，形成裂紋等，且等離子體對激光有屏蔽作用，減小了照射到孔內(nèi)的激光能量，使得激光能量不能完全利用。采用本發(fā)明所述激光鉆孔方法鉆孔時，工件的表面有高速流體層，首先產(chǎn)生的蒸發(fā)材料會被迅速帶走，增加了材料的蒸發(fā)速率，當孔形成時由于孔表面的流體速度很高且遠遠大于孔內(nèi)的氣體流速，使得孔內(nèi)的壓力大于孔外壓力，這樣孔內(nèi)外形成壓力差，使得孔內(nèi)高壓的等離子體、材料蒸汽和熔融材料快速膨脹并迅速排出孔外，這些排出孔外的成分又很快的被高速流體層帶走使其難以在孔口形成屏蔽層，這樣減小了等離子體、材料蒸汽及熔融材料對后續(xù)激光的屏蔽作用，從而提高激光能量的利用率同時也提高了鉆孔的效率。綜上，本發(fā)明具有如下有益效果1.高速流體層覆蓋于工件表面有利于將孔內(nèi)的熔渣排出，提高了鉆孔速率。2.高速流體帶走一部分激光產(chǎn)生的熱量，減小了激光加工的熱影響區(qū)。3.減少了孔口表面濺射物，提高孔的加工質(zhì)量。4.減小了孔內(nèi)激光誘導爆炸的強度，延長了孔的壽命。5.高速流體層使得長脈沖激光也可以進行鉆孔作業(yè)，降低了控制成本。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖1是本發(fā)明所述激光鉆孔方法示意圖；1、增壓裝置；2、工件；3、噴射頭；4、激光鉆頭；5、激光光束；6、高速流體層；
具體實施例方式以下實施例用來說明本發(fā)明，但不是限制本發(fā)明。下面結合附圖詳細說明本發(fā)明提出的方法的細節(jié)。本發(fā)明提供了一種激光鉆孔方法，如圖1所示，將噴射頭3以一定角度固定在工件2上方；激光鉆頭4對準工件2上需要鉆孔的位置，噴射頭3應與激光鉆頭4保持一定距離且噴射頭3的噴出的氣流或液體不應正對鉆孔位置；打開增壓裝置1，噴射頭3噴出氣體或液體在工件2表面形成高速流體層6，高速流體層6的流體流向平行于工件表面；之后啟動激光器發(fā)出激光光束5在工件2表面進行鉆孔。
權利要求
1.一種激光鉆孔方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)用增壓裝置將高壓氣體或液體噴射至將要鉆孔的工件表面并在工件表面形成一層高速流體層，所述高速流體層的流體流向平行于工件表面； (2)啟動激光器發(fā)出激光光束在工件表面進行鉆孔。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種激光鉆孔方法，包括以下步驟(1)用增壓裝置將高壓氣體或液體噴射至將要鉆孔的工件表面并在工件表面形成一層高速流體層，所述高速流體層的流體流向平行于工件表面；(2)啟動激光器發(fā)出激光光束在工件表面進行鉆孔。本發(fā)明利用高速流體減小加工孔表面壓力，使得加工孔內(nèi)熔融材料及材料蒸汽得以迅速排出，并通過高速流體減小等離子體屏蔽作用從而提高了激光鉆孔的加工速率和質(zhì)量。高速流體層使得長脈沖激光也可以進行鉆孔作業(yè)，降低了控制成本。
文檔編號B23K26/14GK103056520SQ20131001370
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權日2013年1月14日
發(fā)明者馮愛新, 盧軼, 薛偉, 田良, 謝華錕, 顧永玉 申請人:溫州大學, 江蘇大學, 蘇州領創(chuàng)激光科技有限公司, 成都工具研究所有限公司