一种使用激光快速加工聚晶金刚石复合片的方法与流程

本发明属于聚晶金刚石复合片加工技术领域，具体涉及一种使用激光快速加工聚晶金刚石复合片的方法。

背景技术：

聚晶金刚石复合片，是采用金刚石微粉与硬质合金衬底为原料在高温超高压条件下烧结而成的复合超硬材料，它将聚晶金刚石和硬质合金的性能优点很好地结合在了一起，既具有金刚石的硬度与耐磨性，又具有硬质合金的强度、抗冲击韧性，是一种卓越的切削工具与耐磨工具材料，现已广泛应用于有色金属、非金属切削加工以及石油、煤炭、地质钻探等诸多领域。

聚晶金刚石复合片的金刚石层因为硬度高，导致高温高压合成后的毛坯加工困难，目前主流的加工方法为磨削、研磨，都需要借助金刚石为原料，导致加工成本较高。电加工因聚晶金刚石中导电成分较少，导致加工效率低。另外加工过程中，需要更换多个不同的工序，才能彻底完成整个粗加工工序。

近年以来，激光在超硬材料加工逐渐应用。因激光在加工pcd时会在局部产生高温导致pcd碳化，相邻的pcd部分会热损伤，本发明正是利用激光会产生热损伤的原理，精准控制热损伤厚度，采用大功率、低频率、大进刀量的方式进行多道工序的分层加工，从而实现了快速加工的目的，降低了加工成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种使用激光快速加工聚晶金刚石复合片的方法，实现了快速加工的目的，降低了加工成本。

本发明采用的技术方案如下：

一种使用激光快速加工聚晶金刚石复合片的方法，包括如下步骤：

(1)确定工件的中心以及半径，定位激光的入射方向，使得激光的入射方向与毛坯工件自身的轴线方向垂直；

(2)毛坯工件外圆工序的加工：从外圈向内圈逐层完成外圆工序的加工；

(3)调整激光入射方向与毛坯工件自身的轴线方向之间的夹角，使其夹角与倒角角度相同；

(4)毛坯工件倒角工序的加工：沿与倒角面垂直的方向逐层加工倒角面，完成倒角工序；

(5)调整激光入射方向与毛坯工件自身的轴线方向之间的夹角，使得激光的入射方向与毛坯工件自身的轴线方向垂直；

(6)毛坯工件平面工序的加工：沿毛坯工件的轴线方向逐层完成毛坯工件平面工序的加工。

优选的，所用激光的平均功率为200w-500w，波长600-1400nm，频率100-200hz，脉宽0.2-0.4ms。

优选的，步骤(2)中，逐层完成外圆工序的过程中，调整激光的焦点位置，使得激光焦点位置固定在毛坯工件待加工端面的外圆边缘处，毛坯工件沿自身轴线方向旋转，毛坯工件沿自身轴线方向逐步进给，完成外层切削加工，随后进入循环，从外圈向内圈逐次进刀，逐层完成外圆工序的加工。

优选的，步骤(4)中，倒角工序加工的过程中，调整激光的焦点位置，使得激光的焦点移动至毛坯工件的端面边角处，毛坯工件沿自身轴线方向旋转，激光沿入射方向逐渐进刀，随后进入循环，毛坯工件沿自身轴线方向逐渐进给，倒角面逐层加工完成倒角工序。

优选的，步骤(6)中，平面工序的加工过程中，调整激光的焦点位置，使得激光焦点位置固定在毛坯工件待加工端面的外圆边缘最上端处，毛坯工件沿自身轴线方向旋转，激光沿入射方向逐渐进刀，完成端面层的切削加工，随后进入循环，毛坯工件沿自身轴线方向逐渐进给，沿毛坯工件的轴线方向逐层完成毛坯工件平面工序的加工。

优选的，所述进刀量为0.1-0.3mm/次，毛坯工件的进给量为0.1-0.3mm/次，毛坯工件的转速为1～5r/min。

优选的，所述毛坯工件通过电动三爪卡盘卡紧，所述电动三爪卡盘通过电机带动旋转。

优选的，所述电动三爪卡盘通过相互垂直的第一滑台和第二滑台实现水平方向上的前、后和左、右移动。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，利用激光会产生热损伤的原理，精准控制热损伤厚度，采用大功率、低频率、大进刀量的方式进行多道工序的分层加工，从而实现了快速加工的目的，即快速完成毛坯外圆、平面、倒角的快速粗加工，降低了加工成本，替代了传统工艺大部分加工量，降低了加工成本，可实现加工过程中长时间无人值守，具有推广价值。

2、本发明中，在装卡方式上做改进，通过可转动的电动三爪卡盘卡紧毛坯工件，且电动三爪卡盘可通过两个滑台实现现水平方向上的前、后和左、右移动，通过一次装夹，在一台设备中完成多个工序的粗加工，替代了传统工艺大部分加工量，降低了加工成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2中毛坯工件外圆工序加工时激光入射方位的示意图；

图3为本发明实施例2中毛坯工件待加工部分的示意图；

图4为图3中区域i的局部放大图；

图5为本发明实施例2中毛坯工件平面工序加工时激光入射方位的示意图；

图6为本发明实施例2中毛坯工件平面工序加工时激光进刀切割的示意图。

图中标记：1-电动三爪卡盘；2-第一滑台；3-第二滑台；4-座板；5-支座；6-转轴；7-轴承座；8-喷气嘴，9-聚晶金刚石部分，90-待加工部分；91-外圆加工轨迹；92-倒角加工轨迹；10-毛坯工件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

采用激光快速加工聚晶金刚石复合片，可采用如图1所示的结构完成，采用电动三爪卡盘1夹紧毛坯工件10，电动三爪卡盘1与转轴6的一端连接，转轴6的另一端与电机连接，转轴6贯穿轴承座7，轴承座7设于支座5上，支座5设于座板4的上表面，座板4固定于在水平面上左、右移动的第一滑台2的上表面，所述第一滑台2固定于在水平面上前、后移动的第二滑台3上，第一滑台2、第二滑台3均可以为电动滑台。激光进行切割的过程中，喷气嘴8采用如图1所示的方位吹气，吹气的压力为0.2-0.4mpa。

实施例2

激光快速加工聚晶金刚石复合片的方法，采用实施例1的结构辅助完成切割，通过电动三爪卡盘1夹紧毛坯工件10，在电机的作用下可带动电动三爪卡盘1转动，从而实现毛坯工件10以自身的轴线自转，如图1所示，定义第一滑台2的移动方向为x轴，第二滑台3的移动方向为y轴，与x、y轴竖向垂直的方向为z轴。

(1)将待加工的毛坯工件10卡紧于电动三爪卡盘1上，捕捉毛坯工件10外圆两端位置，找到毛坯工件10中心，计算出工件的半径。定位激光的入射方向，使得激光的入射方向与毛坯工件10自身的轴线方向垂直，调整激光的焦点位置，使得激光焦点位置固定在毛坯工件10待加工端面的外圆边缘处，如图2所示；

(2)毛坯工件10外圆工序的加工：毛坯工件10沿自身轴线方向旋转开始激光切割，同时毛坯工件10沿自身轴线方向逐步进给，即通过第二滑台3向前移动实现毛坯工件10逐步给进，随即完成最外层的切削加工，然后第二滑台3复位，第一滑台2向激光入射的一侧进刀，随后即进入循环操作，即第二滑台3在y轴方向往复移动，第一滑台2逐步向激光一侧移动实现进刀，从而实现由外层向内层递进的切削，逐层完成外圆工序的加工，如图3、4所示，从外圆加工轨迹91可知外层向内层递进的切削轨迹。

(3)此处倒角为45°，调整激光入射方向，使得激光入射方向与毛坯工件10自身的轴线方向之间的夹角为45°。

(4)毛坯工件10倒角工序的加工：调整激光的焦点位置，使得激光的焦点移动至毛坯工件10的端面边角处，毛坯工件10沿自身轴线方向旋转开始进行切割，如图4所示，切割面逐渐增大，激光沿入射方向逐渐进刀，激光在入射方向上往复移动实现不同倒角面的进刀切割，第二滑台3逐步向前移动实现毛坯工件10沿自身轴线方向逐渐进给，如图4所示倒角面逐层加工完成倒角工序。

(5)调整激光入射方向，使得激光的入射方向与毛坯工件10自身的轴线方向垂直，如图5所示。

(6)毛坯工件10平面工序的加工：平面工序的加工过程中，调整激光的焦点位置，使得激光焦点位置固定在毛坯工件10待加工端面的外圆边缘最上端处，如图5所示，毛坯工件10沿自身轴线方向旋转，激光沿入射方向逐渐进刀，如图6所示，完成端面层的切削加工，第二滑台3逐步向前移动实现毛坯工件10沿自身轴线方向逐渐进给，沿毛坯工件10的轴线方向逐层完成毛坯工件10平面工序的加工。

其中，整个激光切割的过程中，所用激光的平均功率为200w-500w，波长600-1400nm，频率100-200hz，脉宽0.2-0.4ms。

其中，步骤(2)、(4)、(6)中，具体切割的过程中，毛坯工件10沿自身轴线方向旋转时，转速为1～5r/min，切割过程中，进刀量为0.1-0.3mm/次，毛坯工件10的进给量为0.1-0.3mm/次。

本发明中，利用激光会产生热损伤的原理，精准控制热损伤厚度，采用大功率、低频率、大进刀量的方式进行多道工序的分层加工，从而实现了快速加工的目的，即快速完成毛坯外圆、平面、倒角的快速粗加工，降低了加工成本，替代了传统工艺大部分加工量，降低了加工成本，可实现加工过程中长时间无人值守，具有推广价值。

具体实施的过程中，在装卡方式上做改进，通过可转动的电动三爪卡盘卡紧毛坯工件，且电动三爪卡盘可通过两个滑台实现现水平方向上的前、后和左、右移动，通过一次装夹，在一台设备中完成多个工序的粗加工，替代了传统工艺大部分加工量，降低了加工成本。

需要说明的是，在发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。