一种水下激光加工系统的液膜控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水下激光加工技术领域，具体为一种水下激光加工系统的液膜控制装置。
【背景技术】
[0002]激光加工是近年来得到长足发展并具有广阔应用前景的特种精密加工技术。激光细小、高能的光束能满足材料加工的所有基本需求，是宏观和亚微制造的有效工具，特别适用于特种材料加工。
[0003]但激光加工不可避免地存在热损伤。尽管超短激光能减少对材料的热损伤，但存在低的材料移去率和高的光子花费的缺陷。近年来，学者们在不断进行减少热损伤的激光加工方法研究，其中，传统的水下激光加工方法是个较好的选择。水下激光加工的方式之一是用水或其它液体来辅助激光加工，工件浸没于液体下，使用溢流装置使工件上的液体流动形成液膜，流动的液体将多余的热量带走。溢流装置形成的液膜保护激光加工过程中的工件，还可以带走激光加工中产生的切肩和因高温产生的气泡，从而减少了对光路的扰动、阻隔，提高了激光的利用率。
[0004]但传统溢流装置在实际应用过程中有如下缺陷:1、通过调节进水压力、控制水流量来调节工件上的液膜厚度，调节过程会引起液膜的波动和厚度的变化；2、因表面张力的作用，工件上方液膜的液面要高于溢流槽边沿才能溢出，液面是弧面并非平面，液膜厚度是随空间变化的；3、为了保持液膜厚度相对固定，液膜要保持层流状态以避免波动，要求水压的调节及时，但即使配有液膜的测量反馈装置来控制进水压力调节系统，进水压力的改变仍会有滞后现象。
[0005]因而，现有的水下激光加工系统，需要能够控制工件上方的液膜，使之厚度可调且液体平稳流动。这样才能更好的保证水下激光加工工艺的稳定性和提高加工质量。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是设计一种水下激光加工系统的液膜厚度调节装置，在工件上表面上方设置底面安装玻璃板的回形框，水流在工件上表面和玻璃板底面之间流过，形成厚度恒定的液膜。水流冲走切肩和气泡，液面厚度均匀稳定，保证水下激光加工的质量。
[0007]本实用新型设计的一种水下激光加工系统的液膜控制装置，水下激光加工系统包括工作台和溢流槽，工作台置于溢流槽内，工作台顶面为水平面，溢流槽上缘高于工作台顶面，进水管于底部接入溢流槽，水从溢流槽上缘溢出。片状的工件水平固定于工作台顶面，激光器的激光束聚光于工件上表面。本实用新型设计液膜控制装置配有回形框，其为横截面为回形的框架，回形框底面为密封固定的玻璃板，回形框置于溢流槽内、悬于工作台上方，回形框顶面高于溢流槽上缘，溢流槽内的水面高于回形框底面。与进水管相接的上进水管的支管上缘与玻璃板底面相切，水注入玻璃板底面和工件的上表面之间成为流动的液膜。激光束经回形框的中部孔、玻璃板和液膜，聚光于工件上表面。
[0008]所述工作台为长方体，所述回形框的底面为大于工作台顶面的相似矩形，所述回形框的各侧面与工作台的对应侧面平行。
[0009]支撑夹的上臂、下臂的一端固定连接，上臂和下臂构成曲尺形，二者之间的夹角为100度?130度。回形框每个外侧面铰接2个支撑夹上臂的上端，上臂与回形框之间有扭转弹簧，弹簧力使上臂旋转靠拢回形框侧面。同一侧面上的2个支撑夹下臂的下端连接同一支撑板，此支撑板与回形框该侧面下方工作台的侧面平行相对。扭转弹簧使处于工作台四个侧面的四块支撑板分别抵于与之相对的工作台侧面，支撑夹使回形框悬于工作台上方。外力克服扭转弹簧的力，抬起支撑板，即可将支撑夹和与其连接的回形框取下。
[0010]上进水管连接多根进水支管，进水支管在同一平面上均匀排列，进水支管出水口成一直线，位于玻璃板的一边、且与之同长，进水支管出水口上缘紧贴玻璃板底面。上进水管的进水支管出水口内径为1?2mm，进水支管出口流速0.5?lm/s，多支水流均勾注入玻璃板底面和工件上表面之间。
[0011]为调节玻璃板底面与工件上表面的间距，并保证其水平，所述回形框顶面有均布的至少3个贯穿回形框的螺孔，对应的调节螺栓穿过各螺孔、底端伸出回形框底面。为便于调节，调节螺栓顶端可为蝶形螺栓头。
[0012]为了便于调节玻璃板的水平，玻璃板与回形框顶面平行，回形框顶面上安装液泡管水平指示器，当回形框顶面为水平时，气泡处于液泡管中心位置。
[0013]为了方便收集溢流槽溢出的液体，在溢流槽外套有外溢流槽，外溢流槽上缘高度等于或小于溢流槽高度。外溢流槽底部接出水管，出水管直径大于进水管直径。溢流槽溢出的液体进入外溢流槽，从出水管排出。
[0014]所述辅助激光加工的水可换为(10?100^%的乙醇，(10?100)v%的丙醇、甘油，(15?60)w%的氢氧化钾溶液、(15?60)v%硝酸溶液、(15?60)w%氯化钠溶液、(15?60)硝酸钠溶液中的任一种。
[0015]回形框侧面对应每个支撑夹均有一个安装槽，安装槽靠内的内槽为长方体空间，与所在回形框侧面平行的面宽度为W，外侧的外槽也为长方体空间，与所在回形框侧面平行的面宽度为w，W = (2?3)w，且W的中心线与外槽垂直于回形框该侧面的竖直槽面的距离均小于w。外槽上方直通回形框顶面，在回形框侧面形成与回形框顶面相通的竖直裂隙。内槽底部安装调节弹簧，调节弹簧的下端与内槽底部连接。安装块水平截面为T形，安装块由两个连接为一体的横块和竖块组成，二者底面相平，横块的宽度与安装槽的内槽相配合，横块的高度为内槽竖直向高度的1/3至1/2 ;横块嵌入内槽中处于调节弹簧上方、底面与调节弹簧上端相连接。调节弹簧不受力时的原始长度大于内槽底面与嵌于内槽的横块底面之间的最大距离，位于横块下方的调节弹簧为压缩状态。在调节螺栓底端与工作台顶面不接触时，在调节弹簧作用下，嵌于内槽的横块处于内槽最上方与内槽底面距离最大，调节弹簧压缩量最小。竖块顶面高于横块顶面，竖块的宽度与安装槽的外槽相配合，竖块的高度大于或等于外槽竖直向高度，竖块上部垂直于回形框该侧面的长度大于外槽该方向的深度，竖块上部外侧突出于外槽的竖直裂隙，在竖块的突出部位有铰接孔，铰接孔中心线与回形框该侧面平行且垂直于铅垂线，铰接轴穿过铰接孔连接支撑夹上臂上端的安装孔，上臂与安装块奴接。
[0016]本实用新型设计的一种水下激光加工系统的液膜厚度调节装置使用时，先将片状工件固定于工作台顶面；将回形框置于工作台上方、调节螺栓底端与工作台顶面接触，支撑夹夹紧固定，上下旋动调节螺栓，增大或减小回形框底面玻璃板的底面与与工件上表面的距离、即粗调工件上表面液膜厚度。微调各调节螺栓，使回形框顶面为水平，依据回形框顶面上的水平指示器判断是否达到水平。
[0017]进水管开启，水从进水管进入溢流槽，溢流槽内的水面高于回形框底面，上进水管将水注入玻璃板与工件之间，玻璃板底面与工件上表面之间形成流动的、厚度均匀不变的液膜，
[0018]开启激光装置，激光束经回形框的中部孔、玻璃板和液膜，聚焦于工件上表面进行激光加工，玻璃板底面与工件上表面之间流动的水冷却工件，并冲走激光加工时产生的切肩和气泡，气泡和切肩被水流带出、离开回形框后将依密度不同在溢流槽内上浮或下沉，不会积留在光路范围内。
[0019]与现有技术相比，本实用新型一种水下激光加工系统的液膜控制装置的优点为:1、刚体的玻璃板和工件限制它们之间的液膜厚度均匀且不变化，穿过液膜的激光稳定，保证加工质量；2、玻璃板和工件之间的液膜厚度可根据加工情况方便调节；3、玻璃板和工件之间的水流冲走激光加工时产生的切肩和气泡，气泡和切肩被水流带出、离开回形框后将依密度不同在溢流槽内上浮或下沉，不会积留在光路范围内，避免了切削、气泡干扰所导致的激光损耗，保证激光加工的效率；4、水流集中于玻璃板和工件之间，对激光加工区的散热效果更佳，减少了工件的热损伤；5、固定玻璃板的回形框通过支撑夹可方便地在工作台上方装卸，以便在工作台上对工件的操作；6、原有的水下激光加工系统的工作台与溢流槽等主要部件均无需改动，可安装本液膜控制装置，便于推广应用。
【附图说明】
[0020]图1为本水下激光加工系统的液膜控制装置实施例的结构示意图；
[0021 ]图2为本水下激光加工系统的液膜控制装置实施例的俯视图；
[0022]图3为本水下激光加工系统的液膜控制装置实施例的侧视图，图中未显示溢流槽和外溢流槽；
[0023]图4为图3中A部分的放大示意图。
[0024]图中标号为:
[0025]0、激光束，1、回形框，11、水平指示器，12、调节螺栓，2、玻璃板，3、工件，4、支撑夹，41、上臂，411、铰接轴，412、扭转弹簧，413、竖块，414、横块，415、调节弹簧，416、挡块，42、下臂，43、支撑板，5、溢流槽，6、外溢流槽，7、出水管，8、进水管，9、工作台，10、上进水管。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明:
[0027]本水下激光加工系统的液膜控制装置实施例结构如图1、图2所示，水下激光加工系统包括工作台9和溢流槽5，工作台9置于溢流槽5内，工作台9顶面为水平面，溢流槽5上缘高于工作台9顶面，进水管8于底部接入溢流槽5，溢流槽5内的水面高于回形框1底面，水从溢流槽5上缘溢出；片状工件3水平固定于工作台9顶面。液膜控制装置的回形框1是横截面为回形的框架，回形框1底面为密封固定的玻璃板2，回形框1置于溢流槽5内、悬于工作台9上方，激光束0经回形框1的中部孔和玻璃板2，聚光于工件3上表面。玻璃板2底面与工作台9顶面的距离为1?6mm，回形框1顶面高于溢流槽5上缘，与进水管8相接的上进水管10的支管出水口上缘与玻璃板2底面相切，水注入玻璃板2底面和工件3的上表面之间成为流动的液膜；激光器的激光束0经回形框1的中部孔、玻璃板2和液膜，聚光于工件3上表面。
[0028]所述工作台9为长方体，所述回形框1的底面为大于工作台9顶面的相似矩形，所述回形框1的各侧面与工作台9的对应侧面平行。
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