一种水射流激光复合多道切割陶瓷的装置的制造方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及激光加工的应用领域，具体为水射流激光多道切割陶瓷的装置。【背景技术】:
[0002]水射流激光复合切割技术是在传统激光加工基础上引入低压射流，低压水射流与激光束同时到达工件，冲蚀区域稍滞后于激光加工位置。激光诱导目标体熔化和蒸发，水射流带走烧蚀的熔渣，同时水射流也起到冷却加工工件的作用。与传统激光加工相比，水射流引导激光加工的加工表面干净，没有熔渣堆积，热影响区较小。但是，在进行厚板陶瓷激光切割时还存在切缝太深，难以一次性清除熔渣，重铸层、裂纹等质量问题提升不明显等。
[0003]激光多道切割技术是采用激光重复多次扫描同一路径，每道只去除预定深度的材料(小于工件厚度)，直至工件切穿。其优点在于每道切割时输入能量较低，对激光输出功率要求低，热载荷低于传统激光切割，热损伤较少，更适合于厚陶瓷切割。但材料去除率受输出功率限制，其切割效率要低于传统激光单道切割。对于具有熔点的陶瓷(如A1203和Zr02)，材料去除方式主要是基于熔融材料喷射。采用多道切割技术加工该类陶瓷时，熔融材料重凝可能导致切缝堵塞，进而降低后续切割质量和效率。
【实用新型内容】:
[0004]为了解决上述生产技术中的厚陶瓷切割产生的影响产品加工质量的裂纹和重铸层现象，以及加工效率过低的缺点，本发明提供一种水射流激光复合多道切割陶瓷的技术，从而有效的避免在产品表面产生的熔渣堆积和重铸层现象，同时减少了激光多道切割的走刀次数，大大提高了加工表面的质量和加工效率。
[0005]本实用新型所述一种水射流激光复合多道切割陶瓷的装置，该装置包括激光系统、水射流系统和净化系统；
[0006]所述激光系统包括工作台、辅助气体压缩空气、激光头、激光束、反射镜；所述激光束经反射镜垂直射入激光头，所述激光头射出激光束到陶瓷片上，所述陶瓷片固定于工作台上。
[0007]所述水射流系统包括水射流束、医用针头、喷嘴、喷枪、调节螺钉、支撑杆、万向轮装置、水箱、软管、水管、栗、联轴器、电动机；所述电动机通过联轴器连接栗，所述栗连接水管吸入水箱中的清水；所述栗同时通过软管连接喷枪，所述喷枪上安装喷嘴，所述喷嘴上安装医用针头，所述医用针头射出水射流束到陶瓷片上，所述万向轮装置通过支撑杆改变喷嘴与工作台的水平、垂直距离，所述调节螺钉通过喷枪、喷嘴和医用针头改变水射流束与垂直激光束的角度。
[0008]所述净化系统包括过滤网、过滤装置、导管；所述过滤网过滤收集的废水后排入过滤装置，所述过滤装置同时通过导管连接水箱。
[0009]在本实用新型中，所述水射流束与激光束的角度为10°?35°，所述水射流束的压力为2?6bar。
[0010]在本实用新型中，所述激光束第一刀能量为30?150mJ，激光束第二刀能量为170?240mJ，扫描速度为0.4?0.8.mm/s。
[0011]在本实用新型中，所述过滤网尺寸为50?100目，所述过滤装置采用32?64层医用纱布填充。
[0012]在本实用新型中，所述医用针头⑶直径为1.20mm。
[0013]实施本实用新型的一种水射流激光复合多道切割陶瓷的装置，具有以下有益的效果:
[0014](1)本装置原理合理，操作简便，同时低压水射流的装置成本低；；
[0015](2)利用水射流降低热影响区和冲蚀熔渣，可以有效解决厚陶瓷多道切割过程中存在的裂纹和熔渣堵塞切缝问题，提高了厚陶瓷的切割质量；
[0016](3)利用水射流激光复合多道切割陶瓷的装置，在保证水射流冲蚀角度的条件下能够很容易的排除熔渣，进行2刀切割时，与传统激光多道切割相比，切割效率百倍提升，另一方面降低了边缘塌陷、切缝锥度等问题，为陶瓷的切割提供了一种新的选择。
【附图说明】
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[0017]图1为本实用新型的装置结构图。
[0018]其中:1、导管；2、过滤装置3、过滤网；4、工作台；5、陶瓷片；6、辅助气体压缩空气；7、激光头；8、激光束；9、反射镜；10、水射流束；11、医用针头；12、喷头；13、喷枪；14、调节螺钉；15、支撑杆；16、万向轮装置；17、水箱；18、软管；19、水管；20、栗；21、联轴器；22电动机。
[0019]图2为本实用新型实施的水射流激光复合多道切割陶瓷的流程图。
【具体实施方式】
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[0020]为详细说明本实用新型构造特征及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0021]如图1所示，包括激光系统、水射流系统和净化系统。激光系统中激光束⑶和辅助压缩空气(6)负责在陶瓷片上进行氧助熔融去除切割。水射流系统起辅助作用，水射流束(10)的冲蚀作用有效地减少切缝内的熔渣。净化系统起到保护环境、降低成本作用，使用后的废水通过过滤网(3)和过滤装置(2)重新进入水箱(17)，可以重复使用。
[0022]激光系统包括工作台(4)、辅助气体压缩空气(6)、激光头(7)、激光束(8)、反射镜
(9);所述激光束(8)经反射镜(9)垂直射入激光头(7);所述激光头(7)射出激光束(8)到陶瓷片(5)上，所述陶瓷片(5)固定于工作台⑷上；
[0023]水射流系统包括水射流束(10)、医用针头(11)、喷嘴(12)、喷枪(13)、调节螺钉(14)、支撑杆(15)、万向轮装置(16)、水箱(17)、软管(18)、水管(19)、栗(20)、联轴器
(21)、电动机(22);所述电动机(22)通过联轴器(21)连接栗(20)，所述栗(20)连接水管
(19)吸入水箱(17)中的清水；所述栗(20)同时通过软管(18)连接喷枪(13)，所述喷枪
(13)上安装喷嘴(12)，所述喷嘴(12)上安装医用针头(11)，所述医用针头(11)射出水射流束(10)到陶瓷片(5)上；所述万向轮装置(16)通过支撑杆(15)改变喷嘴(12)与工作台(4)的水平、垂直距离；所述调节螺钉(14)通过喷枪(13)、喷嘴(12)和医用针头(11)改变水射流束(10)与垂直激光束(8)的角度；
[0024]净化系统包括过滤网(3)、过滤装置(2)、导管⑴；所述过滤网(3)过滤收集的废水后排入过滤装置(2)，所述过滤装置(2)同时通过导管(1)连接水箱(17)。
[0025]利用本实用新型的装置进行加工，以尺寸为30mmx20mmxlmm的96% A1203陶瓷为例，具体步骤如图2:
[0026]S1，固定陶瓷片，并确定加工位置:
[0027]把陶瓷片(5)固定在工作台(4)上，调整Nd3+:YAG激光器，在陶瓷片(5)确定切割路径10mm。
[0028]S2，调整水射流系统工艺参数:
[0029]在水箱(17)中加入足够的冷却水，医用针头(11)直径为1.20mm，选用开启电动机
(22)，固定调节螺母(14)，使得水射流束(10)与垂直激光束(8)角度为20°。调节万向轮装置(16)使喷嘴(12)与加工区域距离350mm，水射流束冲蚀点滞后激光束加工点1mm，调节栗(20)，固定水射流压力为5bar。
[0030]S3，调整激光系统工艺参数，切割第一刀:
[0031]调节激光束⑶能量为80mJ，调节激光头(7)距离陶瓷片(5) 1mm，开启辅助气体
(6)，在S1中的轨迹上切割第一刀。
[0032]S4，重新调整激光系统工艺参数，保持其他参数不变:
[0033]调节激光束(8)能量为180mJ，保持其他参数全部不变。
[0034]S5，沿原轨迹进行第二刀切割，完成陶瓷片分离:
[0035]走刀路径不变，且不能往复切割。
[0036]加工过程结束。
[0037]通过上述步骤可以方便的完成A1203陶瓷片的高质量切割，通过水射流系统的设置，一方面提高切割质量，另一方面降低了粉尘污染；利用净化系统装置的重复利用水资源，节约了成本，也减少了废水污染问题。
[0038]以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种水射流激光复合多道切割陶瓷的装置，其特征在于，包括激光系统、水射流系统和净化系统； 所述激光系统包括工作台(4)、辅助气体压缩空气￠)、激光头(7)、激光束(8)、反射镜(9);所述激光束(8)经反射镜(9)垂直射入激光头(7);所述激光头(7)射出激光束(8)到陶瓷片(5)上，所述陶瓷片(5)固定于工作台⑷上； 所述水射流系统包括水射流束(10)、医用针头(11)、喷嘴(12)、喷枪(13)、调节螺钉(14)、支撑杆(15)、万向轮装置(16)、水箱(17)、软管(18)、水管(19)、栗(20)、联轴器(21)、电动机(22);所述电动机(22)通过联轴器(21)连接栗(20)，所述栗(20)连接水管(19)吸入水箱(17)中的清水；所述栗(20)同时通过软管(18)连接喷枪(13)，所述喷枪(13)上安装喷嘴(12)，所述喷嘴(12)上安装医用针头(11)，所述医用针头(11)射出水射流束(10)到陶瓷片(5)上；所述万向轮装置(16)通过支撑杆(15)改变喷嘴(12)与工作台(4)的水平、垂直距离；所述调节螺钉(14)通过喷枪(13)、喷嘴(12)和医用针头(11)改变水射流束(10)与垂直激光束(8)的角度； 所述净化系统包括过滤网(3)、过滤装置(2)、导管(1);所述过滤网(3)过滤收集的废水后排入过滤装置(2)，所述过滤装置(2)同时通过导管(1)连接水箱(17)。2.根据权利要求1所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的装置，其特征在于，所述水射流束(10)与激光束(8)的角度为10°?35°，所述水射流束(10)的压力为2?6bar。3.根据权利要求1所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的装置，其特征在于，所述激光束第一刀能量为30?150mJ，激光束第二刀能量为170?240mJ，扫描速度为0.4?0.8.mm/So4.根据权利要求1所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的装置，其特征在于，所述过滤网⑶尺寸为50?100目，所述过滤装置(2)采用32?64层医用纱布填充。5.根据权利要求1所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的装置，其特征在于，所述医用针头(8)直径为1.20mm。
【专利摘要】本实用新型提供一种水射流激光复合多道切割陶瓷的装置，包括激光系统、水射流系统和净化系统，激光系统起加工作用，水射流系统和净化系统起辅助作用。激光系统发出激光束通过反射镜照射到工件上，其激光束能量可调节；水射流系统的水射流束通过喷枪上的医用针头喷出，其压力可通过泵调节，冲蚀角度通过调节螺钉调节，冲蚀靶距通过万向轮装置调节；净化系统收集工作台的废水后，经处理重新返回到水箱。三个系统相互协调共同组成本实用新型装置，最终可以实现在陶瓷无损分离，有着切缝无熔渣堆积、表面干净、节能环保等优点，并且降低了多道切割的走刀次数。
【IPC分类】B23K26/14, B23K26/402, B23K26/38, B23K26/70
【公开号】CN205111080
【申请号】CN201520726634
【发明人】袁根福, 张大明, 谢兵兵
【申请人】江南大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年9月21日