[发明专利]一种基于激光切割的硬脆材料异型孔加工设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光切割加工技术领域，尤其涉及一种基于激光切割的硬脆材料异型孔加工设备及方法。

背景技术

近年来，激光加工技术被广泛应用于硬脆材料的切割中，尤其是精细加工工艺中。传统的硬质材料(如玻璃、蓝宝石、陶瓷等)的异型孔是采用基于二氧化碳激光器或者光纤激光器的机构进行切割，该方法对于大尺寸的异型切割比较有效，但是其激光模式差，聚焦光斑大的特点，导致其在加工精细异型孔时，出现孔型效果差及缝宽较宽的情况。

激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化或汽化，从而实现工件切割的一种热加工方法。激光器的工作机理主要是将激光光束聚焦于材料表面，使得光子能量转换成化学能或热能而将材料溅射出来。其中，固体激光器具有光束模式佳、聚焦光斑小的特点，配合工件的相对运动可以加工出效果很好的孔型，但是其结构造价高并且在加工多个异型孔时呈现出加工效率慢的特点。而采用高功率固体激光器来进行切割，由于聚焦光斑小且能量密度高，光束中携带很大的热量，所以在加工过程中容易因热应力过大而造成碎裂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能降低产品成本、改善异形孔孔形、避免因热应力过大而造成硬脆材料碎裂的异型孔加工设备及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种基于激光切割的硬脆材料异型孔加工设备，其包括有激光头，沿激光头发出的激光脉冲的传输方向依次设置有扩束镜、振镜、聚焦场镜和加工平台，所述加工平台斜上方设有吹气装置，所述加工平台上用于放置硬脆材料，所述吹气装置的出口朝向硬脆材料，所述激光头电性连接有计算机控制模块，藉由所述计算机控制模块而控制激光头出射激光以及控制振镜运转，所述振镜为2D振镜。

优选地，所述激光头为纳秒ND:YAG,YLF,YVO4型固态激光器。

优选地，所述吹气装置的出口是扁平状出口。

一种基于激光切割的硬脆材料异型孔加工方法，其包括有如下步骤：步骤S1，利用计算机控制模块对所要加工的异性孔进行编辑，将异型孔分解成多个小孔；步骤S2，激光器出射的激光经由扩束镜、振镜和聚焦场镜传递到硬脆材料的表面，经由所述振镜多次划圆弧而切割加工成异型孔；步骤S3，所述计算机控制模块控制振镜旋转，以令激光头出射的激光沿异型孔的边缘进行修整。

优选地，所述步骤S1中，钻孔加工时，小孔的大小为

优选地，所述步骤S1中，小孔的加工速率为40-50孔/秒。

本发明公开的基于激光切割的硬脆材料异型孔加工设备，其相比现有技术而言的有益效果在于，本发明采用了成本低廉的纳秒激光器和2D振镜即能实现异型孔加工，无需加工平台辅助移动，从而改善异型孔的加工质量，显著提高了异型孔加工效率，较好地避免了因热应力过大造成硬脆材料碎裂，大大提高了加工效率和加工品质。

附图说明

图1为本发明硬脆材料异型孔加工设备的结构示意图。

图2为异型孔加工过程中小孔的分布轨迹示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种基于激光切割的硬脆材料异型孔加工设备，如图1所示，其包括有激光头1，沿激光头1发出的激光脉冲的传输方向依次设置有扩束镜2、振镜3、聚焦场镜4和加工平台5，所述加工平台5斜上方设有吹气装置6，所述加工平台5上用于放置硬脆材料7，所述吹气装置6的出口朝向硬脆材料7，所述激光头1电性连接有计算机控制模块8，藉由所述计算机控制模块8而控制激光头1出射激光以及控制振镜3运转，所述振镜3为2D振镜。所述激光头1为纳秒ND:YAG,YLF,YVO4型固态激光器。进一步地，所述吹气装置6的出口是扁平状出口。

工作过程中，激光经由扩束镜2进行光束放大及准直，再经过振镜3进行异型孔路径扫描，通过聚焦场镜4传输至加工平台5上的硬脆材料7，该硬脆材料7可以为氧化铝陶瓷基板，也可以是其他具有硬、脆特性的基板，吹气装置6用于给硬脆材料7吹气散热，计算机控制模块8用于控制激光头1出射激光及振镜3运转。

上述基于激光切割的硬脆材料异型孔加工设备，其采用了成本低廉的纳秒激光器和2D振镜即能实现异型孔加工，无需加工平台辅助移动，从而改善异型孔的加工质量，显著提高了异型孔加工效率，较好地避免了因热应力过大造成硬脆材料碎裂，大大提高了加工效率和加工品质。

基于激光切割的硬脆材料异型孔加工方法，结合图1和图2所示，包括有如下步骤：