一种混合加工有色玻璃的方法
【专利摘要】本发明涉及一种混合加工有色玻璃的方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、提供具有加工头的激光发生器，利用所述激光发生器发出的激光束透过所述加工头加工有色玻璃，压缩气体穿过所述加工头上的喷嘴吹掉被所述激光束熔化或汽化的有色玻璃颗粒，从而在所述有色玻璃上形成一孔洞；步骤二、利用机械机加工工具在所述孔洞上进一步加工所述有色玻璃。采用本发明的加工方法具有成本低、加工速度快、以及加工成功率高（即加工良品率高）等优点。
【专利说明】一种混合加工有色玻璃的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种加工工件的方法，尤其是指一种混合加工有色玻璃的方法。
【背景技术】
[0002]玻璃是一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。由于这种特性，玻璃作为很常见的材料被应用在许多产品和多种工业上。在光学上，玻璃的使用通常是因为它的光学透明性。但是，在某些应用中，要使用有色玻璃。
[0003]玻璃通常是坚硬且易碎的。因此，加工玻璃时需要采取特别的预防措施。如果施加过多的机械力，如冲压，冲孔或冲压，可以容易打破玻璃。局部加热产生的热膨胀也可能产生机械应力可能导致裂纹或破损。这样在加工中会造成大量的不良品，浪费材料，提高加工成本。
[0004]如图1所示，从加工玻璃过程中，通常需要从一块玻璃的边缘开始加工。为了获得所需的几何图形，加工路径可以是纵向、横向、或圆弧。故需要在玻璃的周边以内加工特定形状的孔必须用机械方法先开设一个孔，但开孔的速度不可以快，因为容易使玻璃破损。开了孔之后才从边缘开始加工特定形状的孔。或者，如图2所示，通过另一有效的方式先在玻璃上开设有一孔，以允许机械加工工具进入该孔，然后利用该机械加工工具沿着预定的加工路径加工玻璃，从而获得想要的玻璃形状。
[0005]因此，有必要设计一种新的加工玻璃的方法，以克服上述加工玻璃方法成本高、速度慢以及加工后的良品率低的缺陷。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于提供一种混合加工有色玻璃的方法，以解决现有有色玻璃加工的方法中成本高、速度慢以及加工后的良品率低等问题。
[0007]解决本发明的技术问题所采用的技术方案是:提供一种混合加工有色玻璃的方法，所述方法包括如下步骤:
[0008]步骤一、提供具有加工头的激光发生器，利用所述激光发生器发出的激光束透过所述加工头加工有色玻璃，压缩气体穿过所述加工头上的喷嘴吹掉被所述激光束熔化或汽化的有色玻璃颗粒，从而在所述有色玻璃上形成一孔洞；
[0009]步骤二、利用机械机加工工具在所述孔洞上进一步加工所述有色玻璃。
[0010]作为本发明混合加工有色玻璃的方法的进一步改进，所述激光发生器的波长为1000nm到IlOOnm，所述激光发生器每秒输出小于500Hz激光脉冲。
[0011]作为本发明混合加工有色玻璃的方法的进一步改进，还包括步骤三:在步骤二之后对已抛光的有色玻璃进行表面清洗操作。
[0012]作为本发明混合加工有色玻璃的方法的进一步改进，步骤二中的机械加工工具为铣刀。[0013]与现有技术相比，采用本发明方法具有成本低、加工速度快、以及加工成功率高(即加工良品率闻)等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0015]图1是现有的一种加工玻璃方法的示意图。
[0016]图2是现有的另一种加工玻璃方法的示意图。
[0017]图3是激光能量分布的示意图。
[0018]图4是激光光斑烧熔玻璃的示意图。
[0019]图5a是激光钻孔的不意图。
[0020]图5b是激光切割的示意图。
[0021]图5c是激光雕刻的示意图。
[0022]图5d是激光铣切的示意图。
[0023]图6是被吸收的激光能量分布在玻璃不同深度层的示意图。
[0024]图7是能量密度达到适合激光加工玻璃的示意图。
[0025]图8是本发明中使用的激光设备中的激光发生器和加工头的示意图。
[0026]图9是本发明中使用激光设备中加工头加工有色玻璃的过程示意图。
[0027]图10至图13为加工头和有色玻璃之间固定和移动关系的不意图。
[0028]图14是本发明在机械加工中使用的不同铣刀的主视图。
[0029]图15是本发明中一种使用铣刀的机械加工过程示意图。
[0030]图16是本发明中另一种使用铣刀的机械加工过程示意图。
【具体实施方式】
[0031]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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0032]激光是一种光，由受激发射的光放大产生的辐射。因为其具有的特点，激光可以聚焦到一个非常小的点。因此，可以得到非常高的能量密度的激光聚焦，如图3所示。高能量密度的激光光斑可以熔化、汽化或烧熔很多材料，如图4所示。因此激光器已被广泛使用在许多工业加工应用之中，如激光钻孔，激光切割，激光雕刻和激光铣切，分别如图5a、图5b、图5c、及图5d所示。通过激光处理的常用材料是金属和陶瓷，由于玻璃材料的脆性，利用激光处理玻璃不是很常见。
[0033]大多数玻璃是透明的。由于透明玻璃的透光率很高，在每个深度层玻璃材料吸收少量的光能。被吸收的激光能量分布在玻璃不同深度层，如图6所示。因此，能量密度是足以使得玻璃材料熔化或汽化。玻璃所吸收的能量只能增强玻璃材料内部的热量，导致玻璃内部热膨胀，从而有可能在玻璃上造成裂纹或破损。或者，玻璃不吸收任何能量，从而导致玻璃材料保持完整。
[0034]可以通过添加杂质或颜料将玻璃制成有色玻璃。根据颜色和透光玻璃材料的类型，玻璃材料对激光能量的吸收可能有所不同。玻璃材料较高地吸收激光能量可能会导致激光能量集中在小块玻璃上或者玻璃上更浅的深度，从而能量密度可以达到适合激光加工玻璃的水平，如图7所示。在激光区域内的玻璃材料通过增加激光功率或激光能量也能够达到足够的能量密度。然而，被玻璃所吸收的能量和进入的能量的剂量必须要得到精确控制，以使能量高到足以使加工开始，但不会在玻璃上产生严重裂纹或破损。该加工的时间，能量的剂量或吸收的能量是如此重要以致于任何过多加工的时间可能会导致在玻璃材料上产生裂纹或破损的机会较高。因此，较短的加工时间是一般安全的并具有较高的成功率。
[0035]本发明提供了一种混合加工有色玻璃的方法，首先通过激光发生器发出的激光束加工有色玻璃，使得有色玻璃表面具有孔洞；然后通过机械铣削方法对该有色玻璃表面上的孔洞进行进一步加工。本发明的混合加工有色玻璃的方法具有成本低、加工速度快、以及加工成功率高(即加工良品率高)等优点。
[0036]具体地，如图8所示，图8为激光发生器30和加工头40的示意图。该激光发生器30通过光纤32与该加工头40连接。该激光发生器30的激光束31通过光纤32传入到加工头40。该加工头40用于加工有色玻璃50，其包括一与该光纤32连接的外壳42，设置在该外壳42内的用于校准激光的准直镜片44，以及用于聚焦激光的聚焦镜片46，该聚焦镜片46位于该准直镜片44的外侧。该激光发生器的最高峰值功率为1000W，且每秒输出小于500Hz激光脉冲。
[0037]低重复率的激光可在激光脉冲之间让玻璃有足够的时间吸收能量从而将能量消散在有色玻璃中，从而控制激光加工的热影响区。如果激光脉冲重复频率高，多余的能量会在有色玻璃材料里积累从而导致裂缝或破损。
[0038]此外，低重复率的激光发生器可以产生较高的激光脉冲功率，这可能会导致更好地熔化或汽化从而除去玻璃材料。所选的激光发生器的波长为1000nm到llOOnm，因为激光的成本相对较低且激光能量转换效率高，所以，当提供尽可能高的输出激光功率时电力消耗较低。
[0039]如图9所不，较佳地，该加工头40端部上设有一喷嘴47,压缩气体48从设置在喷嘴47旁的气体通道49通向该喷嘴47，并从该喷嘴47流出。该压缩气体48可以是空气或其他气体，如氮气，氩气或氦气。该压缩气体48通常被压缩在5bar或更高。该压缩气体48可以通过喷嘴47与同一轴线上的激光束31的激光光斑一起到达有色玻璃材料50的表面。由于激光光斑小，激光能量密度足够高从而使有色玻璃材料熔化或汽化。在激光光斑处的有色玻璃材料开始熔化或汽化，该压缩气体(或空气)48通过喷嘴吹向熔化或汽化的有色玻璃使得熔化或汽化的有色玻璃颗粒52远离激光光斑区域。同时，该压缩气体48 (或空气)冷却有色玻璃且减少玻璃产生的热量。
[0040]在本发明的加工方法中，加工头40或有色玻璃50可以移动的或者固定的，例如:加工头40和有色玻璃50都是固定的，如图10所示；加工头40是固定的，而有色玻璃50可以通过手工或者自动地前后左右移动，如图11所示；有色玻璃50是固定的,而加工头40可以通过手工或者自动地前后左右移动，如图12所示；加工头40和有色玻璃50都可以通过手工或者自动地移动,或者依次地移动或者同时移动,如图13所示。这取决于实际加工环境的需要。
[0041]当该加工头40固定时，该固定的激光束用于在有色玻璃材料上加工较小的孔，若该该加工头40可以移动，则以一定路径操作该加工头40该移动的激光束可以在有色玻璃材料上钻出较大的孔。在此工艺中该激光束可以钻出盲孔或者通孔，这取决于实际需要。
[0042]通过激光钻出的孔的大小应比随后的过程中使用的机械加工工具的尺寸要大，以使加工工具可以进入到或者通过该激光钻出的孔洞，从而有利于进一步加工。由于激光钻孔的时间要短，使钻孔过程快速且成本低。在这个过程中，产生的微裂纹或缺陷可以在后续机械加工过程中除去。 [0043]在利用激光在有色玻璃材料表面形成所需要的孔洞之后，再利用不同的加工工具(不同的铣刀)对玻璃上的孔进一步加工，不同的铣刀请参见图14。将其中一个铣刀安装在旋转轴上，然后穿过或者进入上述通过激光开设的孔洞。由于带有铣刀的旋转轴的旋转速度非常快，从而消除有色玻璃材料。旋转轴通常可以垂直地，或者水平地或旋转地沿定义的加工路径移动。这些旋转轴也可以单个地，或者多个同时地沿定义的加工路径移动。因此，可以加工成直线，曲线，圆，倒角60，轮廓和复杂的几何形状，如图15和图16所示。同时，在这种机械加工过程中，这些微裂纹或缺陷可以被去掉。
[0044]进一步地，为了获得更好的平整度和更好的加工边缘，可能需要对已加工过的有色玻璃材料进行抛光。最后，还可能需要清洗操作以洗掉残留在有色玻璃表面的抛光材料。这样，整个有色玻璃的加工过程就完成了。
[0045]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。
【权利要求】
1.一种混合加工有色玻璃的方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: 步骤一、提供具有加工头的激光发生器，利用所述激光发生器发出的激光束透过所述加工头加工有色玻璃，压缩气体穿过所述加工头上的喷嘴吹掉被所述激光束熔化或汽化的有色玻璃颗粒，从而在所述有色玻璃上形成一孔洞； 步骤二、利用机械机加工工具在所述孔洞上进一步加工所述有色玻璃。
2.如权利要求1所述的一种混合加工有色玻璃的方法，其特征在于，所述激光发生器的波长为1000nm到IlOOnm，所述激光发生器每秒输出小于500Hz激光脉冲。
3.如权利要求2所述的一种混合加工有色玻璃的方法，其特征在于，还包括步骤三:在步骤二之后对已抛光的有色玻璃进行表面清洗操作。
4.如权利要求1所述的一种混合加工有色玻璃的方法，其特征在于，步骤二中的机械加工工具为铣刀。
【文档编号】C03B33/08GK103539343SQ201210236424
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月9日 优先权日:2012年7月9日
【发明者】严惠霖 申请人:三和科技有限公司