电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置

本发明涉及一种激光电解复合加工装置。特别是涉及一种电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置。

背景技术：

1、激光电解复合加工是一种高精、高效的加工技术，具有激光加工和电解加工的双重功能。在加工过程中，激光与电化学这两种能量沿着工具电极轴线传导，并共同作用于材料加工区域。目前，国内外研究学者对激光电解加工装置进行了初步探索，其典型特征为工具电极内部同轴嵌套毛细导光管，这种结构利用电解液和毛细导光管将脉冲激光以全反射的形式在工具电极内部传导，通过在工具电极和工件间施加脉冲电压进行电解加工，从而实现光、电和液三种能量的耦合。这种激光电解复合加工技术适用于高深径、无重铸层、无微裂纹、低热影响区的微孔加工。但该技术对于超大深径比小孔的制造仍存在一些问题。首先，激光在电解液中传导的形式导致激光衰减较大，并随着工具电极长度的增加而增大，同时，电解液中悬浮的盐粒子也会造成激光散射，导致激光功率衰减；其次，由于激光衰减较大而使得工具电极中心孔处的工件材料无法及时去除，造成堵塞甚至短路问题；此外，由于激光能量密度低，加工过程仅能以电解加工为主导，激光只起到对电解液的局部加热作用，无法实现真正意义上的激光加工；最后，毛细导光管与电解液的长期接触存在无法避免的腐蚀问题，可能导致整个激光电解加工装置直接报废，增加人力和成本。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现光、电和液三种能量的逐级控制与耦合加工，同时可避免电解液中的激光功率衰减和导光光纤腐蚀的电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置。

2、本发明所采用的技术方案是：一种电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，包括垂直设置的装置主体，所述装置主体的中心轴向形成有上下贯通的用于分别传输激光、电解液和电源的复合传送通道，所述复合传送通道内设置有用于接收连接在所述装置主体顶端的激光光源的激光传输机构，所述装置主体中部等间隔的设置有四组用于从装置主体的外侧沿径向将电解液送入到复合传送通道内的电解液导入机构，所述装置主体的下部设置有伸出底端的用于接收激光、电解液和电源从而对被加工件进行超大深径比小孔加工的管状工具电极，所述装置主体的中部还设置有从装置主体的外侧径向贯穿至复合传送通道内的导电机构，所述导电机构通过贯穿所述传送通孔导线连接所述的管状工具电极。

3、本发明的电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，采用管状工具电极和锥形光纤将电解液和激光束以“电解液环绕激光”的形式相结合，能够进行激光能量和电化学能量的独立调控，实现光、电和液三种能量的逐级控制与耦合加工，同时避免电解液中的激光功率衰减和导光光纤腐蚀问题。采用快拆模块的方式能够实现多尺寸微孔加工，并达到模块的高效快速拆装，节省时间和成本。本发明的复合加工装置一方面解决了激光加工中因热量产生而导致重铸层、微裂纹、热影响区、入口飞溅、出口毛刺等缺陷损伤和由于激光光束在空间内呈高斯分布，导致加工的微孔锥度较大，且深度不足的问题；另一方面解决了电解加工过程中由于管状工具电极中心孔堵塞而致使微孔深径比受限和杂散腐蚀的问题。因此，本发明能够实现超大深径比小孔的多层级、高质量和高效加工。

技术特征：

1.一种电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，包括垂直设置的装置主体(1)，其特征在于，所述装置主体(1)的中心轴向形成有上下贯通的用于分别传输激光、电解液和电源的复合传送通道，所述复合传送通道内设置有用于接收连接在所述装置主体(1)顶端的激光光源的激光传输机构(2)，所述装置主体(1)中部等间隔的设置有四组用于从装置主体(1)的外侧沿径向将电解液送入到复合传送通道内的电解液导入机构(3)，所述装置主体(1)的下部设置有伸出底端的用于接收激光、电解液和电源从而对被加工件进行超大深径比小孔加工的管状工具电极(4)，所述装置主体(1)的中部还设置有从装置主体(1)的外侧径向贯穿至复合传送通道内的导电机构(5)，所述导电机构通过贯穿所述传送通孔导线连接所述的管状工具电极(4)。

2.根据权利要求1所述的电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，其特征在于，所述的导电机构(5)包括有由变径接头(5.2)和插入到所述变径接头(5.2)内的快接航空插座(5.1)组成的电接头，由通过磁吸相连的磁吸连接器母座(5.3)和磁吸连接器公座(5.4)组成的磁吸连接器，其中，所述的电接头的一端连接外部电源，另一端通过导线连接所述磁吸连接器母座(5.3)，磁吸连接器母座(5.3)与磁吸连接器公座(5.4)通过磁吸接触导电，所述磁吸连接器公座(5.4)通过导线连接所述管状工具电极(4)。

3.根据权利要求1所述的电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，其特征在于，所述的装置主体(1)包括有由上到下依次设置的用于连接外部激光光源的光路连接件(1.1)，通过螺钉固定连接在所述光路连接件(1.1)下部的主体外壳(1.2)，通过螺钉固定连接在所述主体外壳(1.2)下端的主体底座(1.3)，所述光路连接件(1.1)、主体外壳(1.2)和主体底座(1.3)沿中心轴共同形成有上下贯通的用于安装激光传输机构(2)、分别传输电解液和电源的复合传送通道(1.4)，在位于主体外壳(1.2)上端的复合传送通道(1.4)内嵌入有用于导光、防尘、防泄漏的玻璃窗(6)，在所述主体外壳(1.2)的一周等间隔的形成有四组由外向内沿径向连通到复合传送通道(1.4)内的用于安装所述电解液导入机构(3)的电解液导入机构安装孔(1.5)和用于容纳和流动电解液的第一电解液腔(1.6)，所述主体外壳(1.2)和主体底座(1.3)上共同形成有一个用于安装所述导电机构(5)的导电机构安装孔(1.7)。

4.根据权利要求3所述的电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，其特征在于，所述的主体外壳(1.2)的底端面中心围绕复合传送通道(1.4)形成有向内凹进的凹槽(1.8)，所述主体底座(1.3)为锥体结构，所述锥体结构的上端面中心围绕复合传送通道(1.4)形成有向上凸出的凸起(1.9)，所述凸起(1.9)嵌入在所述凹槽(1.8)内。

5.根据权利要求3所述的电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，其特征在于，所述的复合传送通道(1.4)是由位于所述光路连接件(1.1)中心的激光源导入孔(1.4.1)、由上至下位于所述主体外壳(1.2)中心的玻璃窗安装槽(1.4.2)和激光传输机构安装通道(1.4.3)、由上至下位于所述主体底座(1.3)中心的光电液连接件安装孔(1.4.4)和管状工具电极安装孔(1.4.5)依次连接构成，所述的激光源导入孔(1.4.1)、璃窗安装槽(1.4.2)、激光传输机构安装通道(1.4.3)、光电液连接件安装孔(1.4.4)和管状工具电极安装孔(1.4.5)为同轴形成，所述激光传输机构安装通道(1.4.3)在与所述的第一电解液腔(1.6)相连通处至与所述光电液连接件安装孔(1.4.4)还构成用于容纳和流动电解液的第二电解液腔(1.4.3.1)。

6.根据权利要求3所述的电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，其特征在于，所述的用于安装导电机构(5)的导电机构安装孔(1.7)包括有依次相连的电接头安装孔(1.7.1)、第一导线贯穿孔(1.7.2)、磁吸连接器母座安装孔(1.7.3)、磁吸连接器公座安装孔(1.7.4)以及第二导线贯穿孔(1.7.5)，其中，所述的电接头安装孔(1.7.1)径向形成在所述主体外壳(1.2)的侧壁内，所述第一导线贯穿孔(1.7.2)和磁吸连接器母座安装孔(1.7.3)为垂直形成在所述主体外壳(1.2)的侧壁内，所述磁吸连接器公座安装孔(1.7.4)垂直形成在所述主体底座(1.3)的侧壁内，所述第二导线贯穿孔(1.7.5)沿所述主体底座(1.3)的斜面形成在所述主体底座(1.3)内。

7.根据权利要求3所述的电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，其特征在于，所述的激光传输机构(2)包括有：导向件(2.1)、光纤保护套(2.2)、光纤保护套支撑架(2.3)和光电液连接件(2.4)，所述光纤保护套(2.2)的上端插入所述导向件(2.1)内，所述导向件(2.1)安装在位于主体外壳(1.2)中心的激光传输机构安装通道(1.4.3)的上部，所述光纤保护套支撑架(2.3)嵌入在所述光电液连接件(2.4)的上端口处，所述光电液连接件(2.4)安装在位于主体底座(1.3)中心的光电液连接件安装孔(1.4.4)，所述管状工具电极(4)的上端贯穿形成在主体底座(1.3)内的管状工具电极安装孔(1.4.5)插入且固定连接在所述的光电液连接件(2.4)的底部，并与所述光纤保护套(2.2)的下端对接，所述锥形光纤(7)依次插入到光纤保护套(2.2)和管状工具电极安装孔(1.4.5)的中心轴孔内，所述锥形光纤(7)的上端面与所述光纤保护套(2.2)和导向件(2.1)的上端面位于同一平面，且均与玻璃窗(6)衔接，下端面与管状工具电极(4)的下端面位于同一平面。

8.根据权利要求7所述的电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，其特征在于，所述导向件(2.1)的内周面与光纤保护套(2.2)的外周面、光纤保护套(2.2)的内周面与锥形光纤(7)的外周面以及管状工具电极安装孔(1.4.5)的中心轴孔与锥形光纤(7)的外周面均形成有间隙，并用胶水填充，所述光电液连接件(2.4)内部形成有能够插入包裹有锥形光纤(7)的光纤保护套(2.2)和能够容纳和流动电解液的锥形结构的第三电解液腔(2.4.1)，所述锥形结构的夹角为140°～170°，嵌入在所述光电液连接件(2.4)上端口内的光纤保护套支撑架(2.3)为能够通过电解液的漏空结构。

9.根据权利要求1所述的电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，其特征在于，所述的电解液导入机构(3)包括有液压快换接头(3.1)和直通接头(3.2)，所述液压快换接头(3.1)的一端连接外部电解液输入管，另一端通过螺纹与直通接头(3.2)的一端连接，所述直通接头(3.2)的另一端通过螺纹连接在所述电解液导入机构安装孔(1.5)内，所述直通接头(3.2)上对应液压快换接头(3.1)和电解液导入机构安装孔(1.5)的周边分别安装一个组合垫圈(3.3)，电解液经液压快换接头3.1和直通接头3.2的内流道传输进入主体外壳(1.2)内部的电解液腔(1.6)中，再经设置在复合传送通道(1.4)内的光电液连接件(2.4)内部的锥形流道进入管状工具电极(4)中。

10.根据权利要求1所述的电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，其特征在于，所述的管状工具电极(4)为外壁涂覆有绝缘涂层的多孔金属毛细管，包括有管状主体(4.1)，轴向形成在所述管状主体(4.1)中心的用于插入锥形光纤(7)柱状结构段的中心轴孔(4.2)，轴向等间隔的形成在所述中心轴孔(4.2)周边的2个以上的电解液流道(4.3)，所述锥形光纤(7)在中心轴孔(4.2)为全反射传导。

技术总结
一种电解液环绕激光式管电极耦合激光电解复合加工深孔装置，在装置主体的中心轴向形成有上下贯通的用于分别传输激光、电解液和电源的复合传送通道，复合传送通道内设置有用于接收连接在装置主体顶端的激光光源的激光传输机构，装置主体中部等间隔的设置有四组用于从装置主体的外侧沿径向将电解液送入到复合传送通道内的电解液导入机构，装置主体的下部设置有伸出底端的用于接收激光、电解液和电源从而对被加工件进行超大深径比小孔加工的管状工具电极，装置主体的中部还设置有从装置主体的外侧径向贯穿至复合传送通道内的导电机构，导电机构通过贯穿传送通孔导线连接管状工具电极。本发明能够实现超大深径比小孔的多层级、高质量和高效加工。

技术研发人员：杨雪,佟浩,杨成娟,姚尧,杨立军,杨振,戚慧敏
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14