[发明专利]利用线型激光源对铸造砂型进行刻槽的加工装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种利用线型激光源对铸造砂型进行刻槽的加工装置及方法。

背景技术

激光器自诞生以来，经过近六十年的发展，激光应用技术已在众多领域成为不可替代的关键技术，其中激光加工技术已愈来愈多地渗入到诸多高新技术领域，并开始逐步取代或改造某些传统加工行业。激光加工具有非接触、精度高、效率高等优点，目前较为成熟的激光加工技术主要有激光切割技术、激光打标技术、激光打孔技术等。这些技术可以用于各种金属或非金属的加工。

在砂型铸造领域的很多场合需要对产品进行标记，如铸造批次、日期、制造商商标等。传统的做法是利用一含有标记信息的基体板来实现。但这些基体板会在铸造过程中产生磨损，形成缺陷，进而使铸造成型的标记模糊，甚至影响铸件质量。此外，当基体板的磨损达到一定程度时，或者当需要更换标记文字、符号、图案时，需要及时更换基体板，或者另行制造基体板，这都会增加制造周期，进而影响成本效益。W. Weimann等人于1994年提出三种方法来对铸造砂型进行标记：（1）利用带有标记图案的冲模对铸造砂型进行压制，将相应的标记转换至铸造砂型表面；（2）利用超声方法进行划刻；（3）利用激光束进行划刻。但W. Weimann仅对第一种方法进行了较为详细的说明，并指出具体实施过程中需要严格控制冲模压制的力度。对于后两种方法，特别是利用激光束进行划刻，W. Weimann并未对具体实施方案进行进一步的阐述。然而，与前两种方法相比，利用激光进行划刻具有诸多优点：（1）对铸造砂型表面的平整度要求低；（2）可进行快速定位；（3）无模具磨损；（4）无需机械力加载；（5）更换标记方便快捷。因此，利用激光进行刻划并给出相应的实施方案具有重要意义和应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用线型激光源对铸造砂型进行刻槽的加工装置及方法，解决了传统方法基体板易磨损以及点激光源效率低等问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种利用线型激光源对铸造砂型进行刻槽的加工装置，包括激光器、光阑、第一柱面凸透镜、第二柱面凸透镜、高阈值全反镜、铸造砂型、第一一维电动平移台、第二一维电动平移台和二维电动平移台。

共光轴依次设置激光器、光阑、第一柱面凸透镜、第二柱面凸透镜和高阈值全反镜，第一柱面凸透镜置于第一一维电动平移台上，第二柱面凸透镜置于第二一维电动平移台上，第一一维电动平移台、第二一维电动平移台的移动方向平行于x轴，高阈值全反镜使激光器出射的激光束的传播方向由-x变为-y，铸造砂型的上表面平行于zox平面，且其上表面位于第二柱面凸透镜的焦平面上，铸造砂型置于二维电动平移台上，二维电动平移台能够在平行于x轴和平行于z轴的两个方向上移动，上述激光器、光阑、第一柱面凸透镜、第二柱面凸透镜、高阈值全反镜同轴等高。

一种基于利用线型激光源对铸造砂型进行刻槽的加工装置的加工方法，包括以下步骤：

步骤1、调节各器件使激光器、光阑、第一柱面凸透镜、第二柱面凸透镜、高阈值全反镜同轴等高；

步骤2、缩小光阑的光圈，截去激光器出射光束中距离中心光轴较远的边缘部分；

步骤3、调节高阈值全反镜的角度，使得其反射后的激光束平行于-y轴方向；

步骤4、通过第二一维电动平移台调节第二柱面凸透镜在平行于x轴方向上的位置，使得铸造砂型位于第二柱面凸透镜的焦平面上；

步骤5、根据所需加工凹槽的宽度，通过第一一维电动平移台调节第一柱面凸透镜在平行于x轴方向上的位置；

步骤6、设置激光器的出射激光束能量和脉冲频率、二维电动平移台的移动步长、移动的时间间隔和路径；

步骤7、启动激光器和二维电动平移台，对铸造砂型进行刻槽。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）采用激光对铸造砂型进行刻槽，整个加工过程无接触、无机械力加载；（2）利用具有一定长度的线型光源进行刻槽，相比尺寸有限的点光源，可以大大提高加工速率；（3）所使用的线型光源的长度可通过调整光学元器件的相对位置进行调节；（4）本发明对应的刻槽速率和深度可通过激光器的工作频率、输出能量以及样品移动的时间间隔来控制。

附图说明

图1为本发明利用线型激光源对铸造砂型进行刻槽的加工装置的光路图。

图2为利用本发明所述的加工装置激光加工得到的凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。