管电极放电与激光辐照的同轴复合加工方法和装置与流程

文档序号:12220489阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种管电极放电与激光辐照的同轴复合加工装置,其特征在于,包括电化学放电和激光复合加工系统、运动控制系统和电解液循环系统;

所述电化学放电和激光复合加工系统包括空心工具电极(9)、电化学放电加工装置(7)、辅助电极(3)、可调脉冲电源(25)、工作腔(21)、激光器(10)、反射镜(6)、聚焦透镜(8)、保护镜片(5),所述空心工具电极(9)固定安装在所述电化学放电加工装置(7)上、且位于所述电化学放电加工装置(7)正下方,所述工作腔(21)中装有电解液,工作腔(21)底面上固定有用于加持试样(18)的夹具(20),所述空心工具电极(9)底部和所述辅助电极(3)浸没在所述工作腔(21)的电解液中,所述辅助电极(3)与所述可调脉冲电源(25)的正极相连,所述空心工具电极(9)与所述可调脉冲电源(25)的负极相连;所述电化学放电加工装置(7)、空心工具电极(9)轴线均设有通孔,所述反射镜(6)用来改变所述激光器(10)发出的脉冲激光光路,使光束射入所述电化学放电装置、空心工具电极(9)轴线处的通孔内,且与所述空心工具电极(9)保持同轴,所述聚焦透镜(8)安装在所述电化学放电加工装置(7)里面且将脉冲激光光束聚焦在试样(18)表面,所述保护镜片(5)安装在所述空心工具电极(9)里,防止所述工作腔(21)中的电解液流入所述空心工具电极(9)中;

所述运动控制系统包括计算机(1)、运动控制器(2)和X-Y-Z三坐标数控平台(22),所述运动控制器(2)与所述计算机(1)相连,所述X-Y-Z三坐标数控平台(22)与所述运动控制器(2)相连,所述计算机(1)通过输入的运动程序传输给所述运动控制器(2)进而控制所述X-Y-Z三坐标数控平台(22)的运动;

所述电解液循环系统包括恒温储液槽(16)、输液管(11)、回液管(12)、泵(14)、节流阀(17)、溢流阀(13),所述恒温储液槽(16)与工作腔(21)之间通过输液管(11)和回流管构成循环管路,所述输液管(11)和回流管上均设置有节流阀(17),所述泵(14)设置输液管(11)上;所述输液管(11)与恒温储液槽(16)之间还设置有溢流阀(13)。

2.根据权利要求1所述的管电极放电与激光辐照的同轴复合加工装置,其特征在于,所述运动控制系统还包括力传感器(4),所述力传感器(4)安装在所述试样(18)和夹具(20)之间,所述力传感器(4)与计算机(1)相连,所述力传感器(4)用于检测所述空心工具电极(9)与所述试样(18)的接触力大小,并将检测到的力信号传递给计算机(1)。

3.根据权利要求1所述的管电极放电与激光辐照的同轴复合加工装置,其特征在于,还包括示波器(23),所述示波器(23)与所述辅助电极(3)相连,所述示波器(23)与所述辅助电极(3)之间装有电流探头(24),所述电流探头(24)采集火花放电的脉冲信号并传输给所述示波器(23)。

4.根据权利要求1所述的管电极放电与激光辐照的同轴复合加工装置,其特征在于,所述可调脉冲电源(25)的电压0~60V,频率1~5000Hz,占空比0~100%。

5.根据权利要求1所述的管电极放电与激光辐照的同轴复合加工装置,其特征在于,所述输液管(11)上上还设置有输液管(11)上还设置有过滤器(15)。

6.根据权利要求1所述的管电极放电与激光辐照的同轴复合加工装置,其特征在于,所述夹具(20)与工作腔(21)底面之间设置有夹具密封圈(19)。

7.权利要求1所述的管电极放电与激光辐照的同轴复合加工装置的加工方法,其特征在于,包括如下步骤:

所述空心工具电极(9)的底部和辅助电极(3)放置于所述工作腔(21)的电解液中,通电时,所述空心工具电极(9)与所述辅助电极(3)在所述电解液中形成电化学放电回路;激光器(10)发出脉冲激光,经反射镜(6)改变脉冲激光光路,使光束射入所述电化学放电装置、空心工具电极(9)轴线处的通孔内,且与所述空心工具电极(9)保持同轴,脉冲激光通过锥形空心工具电极(9)聚焦辐照在试样(18)表面,使试样(18)表面辐照区温度急剧升高,当进入激光脉冲间歇时,工作腔(21)中的电解液接触所述辐照区,致使所述辐照区产生高低温交替变化,使所述辐照区产生微裂纹、微凹陷和应力集中;辐照区的微凹陷由于尖端放电效应将空心工具电极(9)的放电火花始终作用于所述辐照区,所述脉冲激光辐照和所述空心工具电极(9)放电同轴作用于所述试样(18)表面;所述脉冲激光辐照使作用区域的温度升高,加快了电化学反应,促进所述空心工具电极(9)表面生成稳定的放电气膜层;所述空心工具电极(9)放电的热力冲击效应致使所述辐照区域发生微裂纹开裂,改变所述试样(18)的表面形貌和物化性质,又能提高所述试样(18)对激光能量的非线性吸收,产生局域场增强效应;通过所述脉冲激光辐照和所述空心工具电极(9)放电的交互协同作用,所述试样(18)在连续扩展的可控微观断裂作用下,加工部位被去除。

8.根据权利要求7所述的加工方法,其特征在于,安装在所述试样(18)和夹具(20)之间的力传感器(4)检测空心工具电极(9)与试样(18)的接触力大小,力传感器(4)将检测的力信号反馈给计算机(1),计算机(1)对比设定好的参考力,控制X-Y-Z三坐标数控平台(22)的运动和回退,当接触力小于设定好的参考力时,计算机(1)发出指令给运动控制卡进而控制X-Y-Z三坐标数控平台(22)按预定路径运动,当接触力大于设定好的参考力时,计算机(1)发出指令给运动控制卡进而控制X-Y-Z三坐标数控平台(22)回退,直至力传感器(4)检测到接触力小于设定好的力,计算机(1)重新回到回退位置程序,控制X-Y-Z三坐标数控平台(22)再次运动,重复上述步骤,直至运动路径程序结束。

9.根据权利要求7中所述的加工方法,其特征在于,在加工过程中,泵(14)将恒温储液槽(16)中的电解液抽取经过过滤器(15)通过输液管(11)流入工作腔(21)内,工作腔(21)中的电解液通过回液管(12)流回恒温储液槽(16);电流探头(24)检测加工过程中电化学放电的脉冲信号并传输给示波器(23)以波形状态显示脉冲电流大小、频率等信息。

10.根据权利要求7中所述的加工方法,其特征在于,所述试样(18)为99%氧化铝陶瓷,所述空心工具电极(9)为锥形空心碳化钨电极,其底端外圆直径为0.2mm~1mm,所述辅助电极(3)为石墨电极,所述电解液为碱性溶液,所述电解液没过所述试样(18)上表面2mm;所述激光光束的波长为532nm,脉宽为10ns,频率0-100kHz,单脉冲激光能量为0~1mJ。

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