[发明专利]飞秒激光辅助抑制微切削零件毛刺形成的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光辅助加工领域，具体涉及一种飞秒激光辅助抑制微切削零件毛刺形成的方法。

背景技术

毛刺虽小,危害极大。微型零件往往会因为极小的毛刺而降低零件加工质量，进而影响了整个产品的装配质量，甚至使零件或整个产品报废。因此,研制出能够在生产过程中有效减少或抑制毛刺形成的方法及工艺，是加工工艺技术的重要内容之一。

在微型机械零件的加工过程中，刀具切削加工的进给率、刀具半径、每齿进给量、切削深度、刀具刃口圆弧半径大小等参数对毛刺的生成都有影响。另外，材料的塑性、刀具的加工方向、顺切或逆切等参数也都对毛刺的生成有影响。所以，目前主要通过如下几种方法来减少毛刺：①优化加工参数来减少毛刺的生成；②从零件设计上避免生成毛刺；③通过热处理来增加材料硬度降低材料的塑性来减少毛刺；④优化刀具参数来减少毛刺。上述方法虽然可以有效减少毛刺的形成，但不能完全抑制毛刺的形成。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞秒激光辅助抑制微切削零件毛刺形成的方法，通过抑制毛刺的形成来提高微型零件的切削加工质量。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种飞秒激光辅助抑制微切削零件毛刺形成的方法，包括以下步骤：

（1）将保护层金属粉末均匀喷洒在待加工的微型零件表面；

（2）通过飞秒激光将所述保护层金属粉末熔化后冷却固化涂覆在微型零件表面；

（3）利用微型刀具对微型零件进行微切削加工；

（4）当微型零件加工完成后，利用飞秒激光将微型零件表面附着的保护层金属高温熔/气化去除，得到没有毛刺的微型零件。

本发明的进一步设置在于，步骤（2）中激光聚焦光斑照射的位置为微型零件与金属粉末的接触面上方，所述激光聚焦光斑为椭球形光斑；椭球形光斑的下边界与工件表面相切，调整激光输出功率到较小值，使得覆盖层金属刚好熔化，然后再冷却覆盖在微型零件表面。

本发明的进一步设置在于，步骤（4）中激光聚焦光斑照射的位置为微型零件与金属粉末的接触面上方，所述激光聚焦光斑为椭球形光斑；椭球形光斑的下边界与工件表面相切，调整激光输出功率到较大值，使得覆盖层金属直接熔/气化去除。

本发明的进一步设置在于，步骤（3）所述微切削加工包括微铣削、微车削和微钻削等金属切削加工方法，所用刀具为微铣刀、微车刀和微钻头等微型刀具。

本发明的进一步设置在于，步骤（4）中还包括：在飞秒激光聚焦光斑照射覆盖层金属使其熔/气化去除的同时，利用吸收装置将高温熔/气化的覆盖层金属吸收到回收箱再利用，同时防止污染环境。

本发明的技术构思为：通过分析孔口和槽沿等边缘部位的毛刺形成机理，提出在被加工工件表面涂覆一层金属覆盖被加工工件表面，使被加工工件表面变为内部材料，防止被加工工件孔口和槽沿等边缘部位材料变形失稳，进而抑制毛刺的形成。

本发明利用飞秒激光在微型零件表面涂覆一层金属保护层，使被加工零件表面材料被覆盖后变成内部材料，待微切削加工完成后，再利用飞秒激光去除金属保护层，而不损伤微型零件表面，因此本发明能够完全抑制毛刺的形成。

采用飞秒激光在微型零件上涂敷和去除金属保护层的优点是，飞秒激光脉冲持续时间小于100飞秒，而电子的弛豫时间是几十皮秒，因此热量来不及向外层金属传递，飞秒激光脉冲就已经发射完成了，这样工件表面不会受到热影响，可以保证工件质量。另外，飞秒激光聚焦光斑空间分辨率高，可以精确控制涂覆金属保护层的厚度，同样也可以精确去除金属保护层，而不损伤零件表面。

本发明只需通过飞秒激光对金属或非金属进行涂敷和去除，操作方便简单，只要建立一套合适的生产线，即可大批量对微型零件进行保护层的涂覆和去除，从而抑制毛刺形成，提高微型零件的加工质量，延长零件使用寿命，从长远来看将大大降低生产成本。之所以采用飞秒激光，是因为与皮秒激光和纳秒激光相比，飞秒激光的热影响小，聚焦光斑分辨率高，因而可以精确实现金属覆盖层在微型零件表面的涂覆和去除。

本发明是一种有效、低成本、可大范围运用的毛刺抑制方法，可以方便、快捷、有效地抑制微型零件微切削毛刺的形成，提高微型零件的加工精度和表面质量。

附图说明

图1为飞秒激光熔化金属粉末涂敷金属覆盖层的示意图。

图2为飞秒激光高温熔/气化去除金属覆盖层的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。