超短脉冲激光钢箔微孔成型及锥度改善方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光加工工艺改善领域，特别是一种超短脉冲激光钢箱微孔成型及锥 度改善方法。
【背景技术】
[0002] 在激光打孔领域中，普通的长脉冲激光加工热影响区大，无法满足精密加工业中 对微孔加工的影响。而超短脉冲激光具有超强、超快和冷加工的优点，超短脉冲激光加工可 实现精密微孔加工，但是所产生的微孔总是存在锥角问题。特别是当激光的聚焦光斑同时 存在基模和高阶模时，将会加工出畸变孔，加工出的微孔精度不高。
[0003] 鉴于常见的微孔加工方法的各种局限及普通的长脉冲激光加工无法满足精密微 孔加工要求，高速高效、节能环保同时提高经济效益的实现更小锥角的微孔加工技术一直 是备受关注的研究领域。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的是提供一种微孔锥度小，精度高的超短脉冲激光钢箱微孔成型 及锥度改善方法。
[0005] 本发明提供的技术方案为：一种超短脉冲激光钢箱微孔成型及锥度改善方法，包 括以下步骤：
[0006] 激光生成步骤1 :采用飞秒激光器产生红外激光；
[0007] 激光打孔步骤2 :所述的红外激光经过衰减处理后通过聚焦透镜聚焦到钢箱表面 通过轮廓迂回法在钢箱表面制备微孔；所述的红外激光的聚焦光斑随着微孔深度的增加而 逐渐下移进给；
[0008] 表面清理步骤3 :微孔制备结束后对钢箱表面进行清理；
[0009] 其中，所述的红外激光为基模激光。
[0010] 需要说明的是：激光光束横截面上的光强分布称为横模，基模TEM。。是激光光束最 简单的横模形式，基模光束的优点是发散角小，能量集中。在本发明中，红外激光的聚焦光 斑的离焦量为0。
[0011] 红外激光的聚焦光斑随着微孔深度的增加而逐渐下移进给具体来说为：首先红外 激光以轮廓迂回法的方式扫完一个圆，然后激光焦点进给，然后再扫圆，以此类推直至把钢 箱加工透，即逐层进给，逐层加工。具体的进给速度为：
[0013] 本方法参数一般设定为一次进给距离20ym(钢箱厚度约为130ym)，微孔直径 100Iim，圆弧加工速度200Iim/s,Z轴（即设备下降的速度）进给速度300Iim/s，所以平均 进给速度约为12. 66ym/s)
[0014] 在上述的超短脉冲激光钢箱微孔成型及锥度改善方法中，所述的激光打孔步骤 中，所述的红外激光通过FP旋光模组使红外基模激光在加工过程中保持旋转。
[0015] 在上述的超短脉冲激光钢箱微孔成型及锥度改善方法中，所述的激光打孔步骤 中，所述的聚焦透镜之前还设有一个光阑。实际加工中发现基模激光经透镜聚焦后的光斑 各部分的光强呈现不均勾分布，焦点中心的光强最大，并且光强分布不对称。高斯光束能量 分布不均匀会导致所加工的孔圆度质量较差。为了解决这个问题，在聚焦透镜前添加了一 个直径8mm的光阑，阻挡掉部分光强分布不均勾的激光，添加光阑后的激光光斑质量符合 加工要求。所用光阑直径为8_，与所使用的激光光束光斑尺寸匹配，因为是简易的光阑，所 以除了大小以外没有特殊的规格参数要求。
[0016] 在上述的超短脉冲激光钢箱微孔成型及锥度改善方法中，在激光打孔步骤之前还 包括光束检测步骤，通过光束质量分析仪对光束的质量进行检测。对光束的质量进行检测 的主要是检测光斑的尺寸和光斑能量分布，因为光束能量分布不均匀会导致所加工的孔圆 度质量较差，所以需要要求光束的能量分布尽量均匀。
[0017] 在上述的超短脉冲激光钢箱微孔成型及锥度改善方法中，在激光生成步骤之前还 包括预处理步骤，所述的预处理步骤为对钢箱表面进行清洗并烘干。
[0018] 在上述的超短脉冲激光钢箱微孔成型及锥度改善方法中，所述的表面清理步骤具 体为：钢箱打孔结束后，将钢箱置于无水酒精溶液中浸泡一段时间，然后采用超声波清洗器 进行清洗。
[0019] 在上述的超短脉冲激光钢箱微孔成型及锥度改善方法中，所述的红外激光的参数 为：脉宽400fs，波长为1030nm，重复频率为50KHz，单脉冲能量为20yJ。
[0020] 在本发明中，在对材料进行激光打孔时，通常要考虑烧损阈值巾th。烧损阈值就是 破坏材料的表面所需要的最小激光能量密度。脉宽、重频、单脉冲能量都会影响激光能量密 度。本方法使用的参数是经过大量工艺实验总结出来的经验数据，这些参数是同时兼顾烧 损阈值、加工效率和加工效果等得出的。其他参数的红外激光也可以，只要超过烧损阈值就 可以用于加工材料。脉宽与微孔的直径密切相关，一般脉宽越大，微孔直径越大。
[0021] 在上述的超短脉冲激光钢箱微孔成型及锥度改善方法中，所述的步骤2中，所述 的红外激光的圆弧加工速率为0. 2mm/s。
[0022] 本方法之所以使用圆弧加工速率为0. 2mm/s，其实是由于本设备的加工平台的伺 服电机有缺陷，当加工直径300ym以下的圆且设定的圆弧加工速度过快时，平台X轴和y 轴的移动速度不匹配，会导致微孔变成椭圆形，实验中发现圆弧加工速率为〇. 4mm/s以上 时，就会出现严重变形。圆弧加工速率可以为0. 1-0. 4mm/s，综合圆度和加工效率的考虑使 用0. 2mm/s。在通常情况下，提尚设备精度可以使圆弧加工速率提尚。
[0023] 本发明的有益效果如下：
[0024] 本发明采用的进给及FP旋光模组减小微孔锥角的方法，在不损坏激光加工高速 高效的优势的同时，不需要昂贵的附加器件，提高经济效益，节能环保。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明实施例1的流程方框图；
[0026] 图2是本发明实施例1的光路示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合【具体实施方式】，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对 本发明的任何限制。
[0028] 实施例1
[0029] 如图1所示，本实施例的具体方法包括：
[0030] SOl预处理：取国内生产的130ym厚的06Crl9Nil0不锈钢箱，用质量分数为 99. 7%的酒精擦洗干净，去除油脂等污渍，使用烘干机在130°C10分钟烘干；
[0031] S02检测光束：使用的飞秒激光器为法国AmplitudeSystems品牌激光器，型号为 S-PulseHP2,最大平均功率为6w，最小光斑直径8ym，输出波段1030、515、343nm，重复频率 1~300KHz，脉宽500fs~10ps，采用反射式硬光路传输。
[0032] 本发明采用的是波长为1030nm，脉宽为400fs的红外激光。<