一种水射流辅助激光化学刻蚀的装置的制造方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及特种加工的应用领域，具体为一种水射流辅助激光化学刻蚀的装置。
【背景技术】
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[0002]随着材料工程学的发展，难加工材料逐渐成为机械加工领域的重点研宄对象。科学地说，以材料的切削性能作为衡量标准，硬度> HB250、强度σ > lOOOMPa、伸长率>80%、冲击值α > 0.98MJ/m2、导热系数k < 41.8的材料统称为难加工材料。难加工材料在各工程领域中备受青睐，这些领域有的需要在材料表面刻圆槽，有的需要在其表面蚀圆孔。但是，由于这些材料的高硬脆性，常规的车削、磨削、钻削等加工方式存在加工表面精度低、易断裂等缺陷，而采用微波、超声波等特种加工时，依然存在效率低下的缺点。
[0003]激光刻蚀与传统的加工方法相比，它是一种无接触、无切削力、热影响小、清洁和可进行特殊面加工的加工方法，激光刻蚀技术作为激光加工技术中常用的一种，它使得激光刻蚀难加工材料变成了现实，但是激光直接刻蚀难加工材料依然会存在各种各样的问题，譬如材料表面会存在比较严重的再铸层和不可避免的残余热应力和微裂纹，直接影响了材料的表面加工质量。
【实用新型内容】:
[0004]基于激光直接刻蚀难加工材料过程中存在的各种问题，本实用新型通过弓I入水射流技术，并借助化学腐蚀作用，以期去除难加工材料表面的熔渣、并降低再铸层厚度、减少热影响区等等，从而获得最好的加工表面质量。
[0005]本实用新型所述一种水射流辅助激光化学刻蚀的装置，该装置包括激光系统、水射流系统、化学系统，所述激光系统的激光束通过反射镜反射进入激光头，所述激光头还需要通入辅助气体氧气，所述辅助气体氧气与激光束经激光头共同射到材料上；所述水射流系统的水射流束由电动机驱动，所述电动机通过V带连接泵，所述泵通过水管吸入水箱中的清水并且与喷枪连接，所述喷枪的头部安装喷嘴，所述喷嘴的头部安装针头，所述针头喷出水射流束冲刷材料；所述化学系统的手摇轮通过转动来调节升降工作台的高度，所述升降工作台把材料送入到化学液体中腐蚀。
[0006]在本实用新型中，所述激光系统包括反射镜、激光束、辅助气体氧气、激光头，激光的电流强度为120?200A，脉冲宽度为0.4?1.8ms，脉冲重复频率为20?50HZ，离焦量为I?3mm，激光扫描速度为0.6?1.5mm/s，激光系统产生的激光束最终从激光头发出。
[0007]在本实用新型中，所述水射流系统中的水射流束与激光束的角度为5?80°，水射流束的直径为6?9_，水射流束的流速通过泵的压力调节。
[0008]在本实用新型中，所述化学系统包括化学液体、升降工作台、手摇轮，材料的熔渣最后大部分都被化学液体腐蚀。
[0009]在本实用新型中，所述激光束和水射流束同时加工材料结束以后，转动升降工作台，已加工的材料会完全浸入化学液体中。
[0010]在本实用新型中，顺时针转动手摇轮，升降工作台向下移动，逆时针转动手摇轮，升降工作台向上移动。
[0011]在本实用新型中，所述化学溶液的浓度为40?80%。
[0012]本实用新型具有的有益效果:
[0013](I)水射流装置非常简单，成本低，水射流压力小，对材料表面损伤小；
[0014](2)水射流的冲刷作用能够减少一部分材料表面的熔渣、降低再铸层厚度；
[0015](3)激光的高能量能够实现快速刻蚀材料，得到所需的凹槽；
[0016](4)利用化学腐蚀作用，有效减少材料表面熔渣；
[0017](5)利用激光、水射流、化学液体三者共同作用，能够获得良好的加工效果。
【附图说明】
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[0018]图1为本实用新型加工方法所需的装置结构图。
[0019]其中:1、固定工作台；2、化学液体3、升降工作台；4、材料；5、手摇轮；6、激光头；
7、辅助气体氧气；8、激光束；9、反射镜；10、水射流束；11、针头；12、喷嘴；13、喷枪；14、泵；15、水管；16、水箱；17、V带；18、电动机
[0020]图2为本实用新型实施的一种水射流辅助激光化学刻蚀的流程图。
【具体实施方式】
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[0021]为了使本实用新型的技术方案能够更加清晰地表示出来，下面结合附图，对本实用新型作进一步说明。
[0022]请参阅图1，一种水射流辅助激光化学刻蚀的装置，包括激光系统、水射流系统、化学系统，所述激光系统的激光束8通过反射镜9反射进入激光头6，所述激光头6还需要通入辅助气体氧气7，所述辅助气体氧气7与激光束8经激光头6共同射到材料4上；所述水射流系统的水射流束10由电动机18驱动，所述电动机18通过V带17连接泵14，所述泵14通过水管15吸入水箱16中的清水并且与喷枪13连接，所述喷枪13的头部安装喷嘴12，所述喷嘴12的头部安装针头11，所述针头11喷出水射流束10冲刷材料4 ;所述化学系统的手摇轮5通过转动来调节升降工作台3的高度，所述升降工作台3把材料4送入到化学液体2中腐蚀。
[0023]激光系统包括反射镜9、激光束8、辅助气体氧气7、激光头6，激光的电流强度为120?200A，脉冲宽度为0.4?1.8ms，脉冲重复频率为20?50HZ，离焦量为I?3mm，激光扫描速度为0.6?1.5mm/s，所述激光系统产生的激光束8最终从激光头6发出。
[0024]水射流系统的水射流束10与激光束8的角度为5?80°，水射流束的直径为6?9mm，水射流束的流速通过泵14的压力调节，一般为12m/s较合理，合理的水射流流速一方面能有效地减少能量损失，另一方面，可以最大限度地减少熔渣。
[0025]化学系统包括化学液体2、化学溶液的浓度为40?80%，升降工作台3、手摇轮5，激光束和水射流束同时加工材料结束以后，顺时针转动手摇轮，升降工作台向下移动，已加工的材料会完全浸入化学液体中，化学反应一段时间以后，逆时针转动手摇轮，升降工作台向上移动，最后取出材料。
[0026]在实际应用过程中，参阅图2所示流程图:以激光刻蚀尺寸为50x50xlmm的W18Cr4v高速钢板为例，对本实用新型的刻蚀步骤进行详细分析。
[0027]具体实现步骤如下:
[0028](I)确定材料尺寸及加工位置
[0029]将尺寸为50x50xlmm的W18Cr4v高速钢板固定在升降工作台3上，并且加工位置恰好为高速钢的正中心。
[0030](2)水射流辅助激光初步刻蚀材料表面
[0031]正常启动空气开关和激光器开光，激光器为500W的Nd3+:YAG激光器，把激光器的电流强度调为160A，脉冲宽度调为0.6ms，脉冲重复频率调为30HZ，离焦量调为0.8mm，辅助气体氧气7压强调为4MPa。
[0032]开启水射流系统，使得电动机18正常运转，通过调节泵14的压力，最终把水射流流速确定为12m/s，水射流直径为0.6mm，水射流束10与激光束8的角度为60°。
[0033]确定激光的扫描速度为1.0mm/s，激光和水射流同时按照预定路径扫描。
[0034]初步加工结束
[0035](3)化学腐蚀刻槽里的熔渣
[0036]顺时针转动手摇轮5，升降工作台3向下移动，直至W18Cr4v高速钢板完全浸入化学液体2HCL溶液中，化学反应一段时间以后，逆时针转动手摇轮5，升降工作台3向上移动。
[0037]加工过程全部结束。
[0038]通过上述步骤可以方便的刻蚀出所需的凹槽，通过水射流系统和化学系统，既提高了刻蚀的速率，又保证了产品的表面加工质量。
[0039]以上所述仅表达了本实用新型的一种实施方式，其表述比较详细，但是不可以理解为对本实用新型专利范围的限制。需要说明的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以作任何形式的修改。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为主。
【主权项】
1.一种水射流辅助激光化学刻蚀的装置，其特征在于，包括激光系统、水射流系统、化学系统，所述激光系统的激光束(8)通过反射镜(9)反射进入激光头￠)，所述激光头(6)还需要通入辅助气体氧气(7)，所述辅助气体氧气(7)与激光束(8)经激光头(6)共同射到材料⑷上；所述水射流系统的水射流束(10)由电动机(18)驱动，所述电动机(18)通过V带(17)连接泵(14)，所述泵(14)通过水管(15)吸入水箱(16)中的清水并且与喷枪(13)连接，所述喷枪(13)的头部安装喷嘴(12)，所述喷嘴(12)的头部安装针头(11)，所述针头(11)喷出水射流束(10)冲刷材料(4);所述化学系统的手摇轮(5)通过转动来调节升降工作台(3)的高度，所述升降工作台(3)把材料(4)送入到化学液体(2)中腐蚀。
2.根据权利要求1所述的水射流辅助激光化学刻蚀的装置，其特征在于，所述激光系统包括反射镜(9)、激光束(8)、辅助气体氧气(7)、激光头￠)，激光的电流强度为120?200A，脉冲宽度为0.4?1.8ms，脉冲重复频率为20?50HZ，离焦量为I?3mm，激光扫描速度为0.6?1.5mm/s，所述激光系统产生的激光束最终从激光头发出。
3.根据权利要求1所述的水射流辅助激光化学刻蚀的装置，其特征在于，所述水射流系统的水射流束(10)与激光束(8)的角度为5?80°，水射流束的直径为6?9_，水射流束的流速通过泵(14)的压力调节。
4.根据权利要求1所述的水射流辅助激光化学刻蚀的装置，其特征在于，所述化学系统包括化学液体(2)、升降工作台(3)、手摇轮(5)，材料(4)的熔渣最后大部分都被化学液体腐蚀。
5.根据权利要求1所述的水射流辅助激光化学刻蚀的装置，其特征在于，所述激光束和水射流束同时加工材料结束以后，转动升降工作台，已加工的材料会完全浸入化学液体中。
6.根据权利要求1所述的水射流辅助激光化学刻蚀的装置，其特征在于，顺时针转动手摇轮，升降工作台向下移动，逆时针转动手摇轮，升降工作台向上移动。
7.根据权利要求1所述的水射流辅助激光化学刻蚀的装置，其特征在于，所述化学溶液的浓度为40?80%。
【专利摘要】本实用新型公开了一种水射流辅助激光化学刻蚀的装置，属于特种加工的应用领域。本装置由三大系统组成，分别为激光系统、水射流系统、化学系统，其特点在于先利用激光的高能量和水射流的冲蚀作用共同加工材料表面，初次加工结束以后，转动手摇轮，使得材料通过升降工作台完全浸入到化学液体中，利用化学液体的腐蚀作用，使得加工材料表面尽可能地减少熔渣，降低重铸层厚度。通过本实用新型所提供的装置，可以实现在加工材料表面刻蚀出所需的凹槽，并且凹槽表面没有明显的熔渣、重铸层等等，从而得到良好的加工效果。
【IPC分类】C23F1-08, B23K26-146, B23K26-362, B23K26-142
【公开号】CN204366265
【申请号】CN201420673349
【发明人】袁根福, 谢兵兵
【申请人】江南大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年11月7日