一种硬脆材料的低温加工方法及系统与流程

本发明涉及硬脆材料加工技术领域，尤其涉及一种硬脆材料的低温加工方法及系统。

背景技术：

现有的硬脆材料，一般采用机械方法进行切割和裂片，在切割过程中，由于硬脆材料硬度高、脆性大的特点，容易对材料造成损伤，次品率高，切割边缘质量较差，且对刀具要求高，刀具的磨损也较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种硬脆材料的低温加工方法及系统，高质量地对硬脆材料进行切割和裂片。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种硬脆材料的低温加工方法，包括以下步骤：

在待加工件上沿着预设轨迹进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部；

固定所述固定部；

低温冷却所述裂片部，使所述裂片部朝远离所述固定部的方向逐渐收缩，进而使所述裂片部与所述固定部于所述切割道处裂开；

对所述裂片部加压，使所述裂片部从待加工件上掉落，完成裂片。

可选的，所述步骤：在待加工件上沿着预设轨迹进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，具体包括：

在待加工件上沿着预定内槽的轮廓进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，所述固定部环绕所述裂片部设置；

所述步骤：对所述裂片部加压，使所述裂片部从待加工件上掉落，完成裂片；具体包括：

对所述裂片部加压，使所述裂片部从待加工件上掉落，在待加工件上形成所述预定内槽。

可选的，所述步骤：在待加工件上沿着预定内槽的轮廓进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，所述固定部环绕所述裂片部设置，具体包括：

提供一激光切割装置；所述激光切割装置在待加工件上沿着预定内槽的轮廓进行激光切割，形成切割道；

所述切割道贯穿待加工件的相对的两板面，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，所述固定部环绕所述裂片部设置；

其中，所述激光切割装置包括超快激光器，所述超快激光器装设有贝塞尔切割头。

可选的，所述步骤：低温冷却所述裂片部，具体包括：朝所述裂片部喷高压冷气。

所述步骤：对所述裂片部加压，具体包括：朝所述裂片部继续喷高压冷气。

可选的，所述步骤：低温冷却所述裂片部，具体包括：朝所述裂片部喷洒低温高压液氮；

所述步骤：对裂片部加压，具体包括：朝所述裂片部喷高压气体。

可选的，所述步骤：固定所述固定部，具体包括：

提供一固定装置；所述固定装置夹紧待加工件的两端部；

其中，所述固定装置包括对称设置的两个夹具，两个所述夹具分别夹紧待加工件的一端部；各所述夹具包括两个夹持部，待加工件位于两个所述夹持部之间，两个所述夹持部关于待加工件对称设置。

一种硬脆材料的低温加工系统，包括激光切割装置、固定装置和冷却加压装置；

所述激光切割装置用于沿着预设轨迹对待加工件进行激光切割，形成切割道；所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部；

所述固定装置用于固定所述固定部；

所述冷却加压装置用于低温冷却所述裂片部，并对所述裂片部加压，使所述裂片部从待加工件上掉落。

可选的，所述固定部环绕所述裂片部设置，所述激光切割装置包括超快激光器，所述超快激光器装设有贝塞尔切割头；

所述固定装置包括对称设置的两个夹具，两个所述夹具分别夹紧待加工件的一端部；各所述夹具包括两个夹持部，待加工件位于两个所述夹持部之间，两个所述夹持部关于待加工件对称设置。

可选的，所述冷却加压装置包括高压冷气源，所述高压冷气源连接有高压冷气输送管，所述高压冷气输送管的出气口朝向所述裂片部设置。

可选的，所述冷却加压装置包括液氮喷洒仪，所述液氮喷洒仪用于喷洒液氮至裂片部；所述冷却加压装置还包括高压气源，所述高压气源连接有高压气体输送管，所述高压气体输送管的出气口朝向裂片部设置。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明通过激光切割和低温冷却的配合，使待加工件在切割道处裂开，再对待加工件的裂片部加压使裂片部从待加工件上掉落。本发明提供的低温加工方法及系统可高效地对硬脆材料进行切割和裂片，使硬脆材料的切割边缘质量高，尤其适用于硬脆材料的内槽加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的低温加工系统的示意图。

图示说明：1、固定装置；2、冷却加压装置；3、待加工件；31、切割道；32、裂片部；33、固定部。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供了一种硬脆材料的低温加工方法及系统，可高效地在待加工件3上加工预定内槽。

实施例一

请参考图1，本实施例提供了一种硬脆材料的低温加工方法，包括以下步骤：

(1)在待加工件3上沿着预设轨迹进行激光切割，形成切割道31；所述切割道31将待加工件3分为裂片部32和固定部33。

(2)固定固定部33。

(3)低温冷却裂片部32，使裂片部32朝远离固定部33的方向逐渐收缩，进而使裂片部32与固定部33于切割道31处分离。

(4)对裂片部32加压，使裂片部32从待加工件3上掉落，完成裂片。

步骤(1)具体包括：提供一激光切割装置；激光切割装置在待加工件3上沿着预定内槽的轮廓进行激光切割，形成切割道31；

切割道31贯穿待加工件3相对的两板面(图1中的待加工件3的顶面和底面)，切割道31将待加工件3分为裂片部32和固定部33，固定部33环绕裂片部32设置。

其中，激光切割装置包括超快激光器，超快激光器装设有贝塞尔切割头。超快激光的脉冲时间短，峰值能量高，在材料加工中热影响区小，硬脆材料的切割边缘质量更高。贝塞尔切割头发出的贝塞尔聚焦光束直径小、焦深长，切割出的硬脆材料边缘锥度较小，边缘质量好。

步骤(2)具体包括：提供一固定装置1；固定装置1夹紧硬脆材料3的两端部。其中，固定装置1包括对称设置的两个夹具，两个夹具分别夹紧待加工件3的一端部。各夹具包括两个夹持部，待加工件3位于两个夹持部之间，两个夹持部关于待加工件3对称设置。

步骤(3)具体包括：朝所述裂片部32喷高压冷气；使裂片部32由于低温作用逐渐向内收缩，固定部33由于热量扩散逐渐向内收缩(如图1实线箭头所示)，而固定装置1与固定部33之间的摩擦力阻止固定部33向内收缩(如图1虚线箭头所示)，进而使固定部33与裂片部32于切割道3处裂开。

由于贯穿的切割道31缝隙较小，固定部33与裂片部32之间配合紧密，没有裂片空间，直接对裂片部32施加外力会使得待加工件3的切割边缘质量差。通过热胀冷缩的原理使得固定部33与裂片部32开裂，成本低廉，且使得待加工件3的切割边缘质量好。

步骤(4)具体包括：朝裂片部32继续喷高压冷气，以对裂片部32加压，使裂片部32掉落，在待加工件3上形成预定内槽。

通过高压气体加压，使得裂片部32的受力较为均匀，待加工件3的切割边缘质量好。通过高压冷气既可使裂片部32冷却，又可对裂片部32加压，简化设备，节约成本。

本实施例还提供了一种硬脆材料的低温加工系统，包括激光切割装置、固定装置1和冷却加压装置2。

激光切割装置用于沿着预定内槽的轮廓对待加工件3进行激光切割；激光切割装置包括超快激光器，超快激光器装设有贝塞尔切割头。

固定装置1用于固定固定部33，包括对称设置的两个夹具，两个夹具分别夹紧待加工件3的一端部。各夹具包括两个夹持部，待加工件3位于两个夹持部之间，两个夹持部关于待加工件3对称设置。

冷却加压装置2用于用于低温冷却裂片部32，并对裂片部32加压，在本实施例中，冷却加压装置2包括高压冷气源，高压冷气源连接高压冷气输送管，高压冷气输送管的出气口朝向裂片部32设置。

在本实施例中，硬脆材料为玻璃，待加工件3为玻璃片。可以理解的是，硬脆材料也可为宝石、晶体硅、硬质合金或陶瓷等硬度大且脆性大的材料。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上，更改了低温冷却裂片部32的冷却方式，还更改了对裂片部32加压的加压方式。

在本实施例中，低温冷却裂片部32的方式为朝裂片部32喷洒低温高压液氮。对裂片部32加压的方式为朝裂片部32喷高压气体。

对应的，在本实施例中，冷却加压装置2包括液氮喷洒仪，液氮喷洒仪用于喷洒液氮至裂片部32。冷却加压装置2还包括高压气源，高压气源连接有高压气体输送管，高压气体输送管的出气口朝向裂片部32设置。

本发明通过激光切割和低温冷却的配合使待加工件3于切割道31处裂开，再对待加工件3的裂片部32加压使裂片部32从待加工件3上掉落。本发明提供的低温加工方法及系统适用于硬脆材料的加工，切割边缘质量高，成本低廉。

本发明提供的低温加工方法及系统尤其适用于硬脆材料的内槽加工。现有的硬脆材料在进行内槽加工时，由于内槽的硬脆材料余料无法向周围散开，无法用co2激光法等方法进行裂片。由于内槽无法裂片，现有的预定内槽加工方法，主要分以下两种。第一种用超快激光配合振镜的方式，一层一层向下切，逐层烧蚀，形成切缝，硬脆材料的边缘质量无法保证。第二种用cnc刀具反复多次磨削硬脆材料内部的方式，完成内槽的加工，这种磨削方式，用cnc内部开槽后，需要用cnc磨头反复多次磨削，逐级提升磨削精度，从而达到产品精度，这种方式效率低下，而且磨头消耗量较大，如果要提升产量，则需要配备大量的cnc磨床，成本较高。采用本发明提供的低温加工方法及系统，可高效快速地在硬脆材料上开设内槽，并且切割边缘质量高，所需设备简单，成本低廉。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。