[发明专利]一种声-磁耦合能场辅助激光打孔装置及方法在审

专利信息
申请号: 201810315196.1 申请日: 2018-04-10
公开(公告)号: CN108655592A 公开(公告)日: 2018-10-16
发明(设计)人: 王后孝;朱苏凯;徐烨 申请(专利权)人: 江苏大学
主分类号: B23K26/382 分类号: B23K26/382;B23K26/70;B23K26/14;B23K26/122;B23K37/04
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 212013 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 辅助激光 能场 磁场生成单元 打孔装置 工件装夹 生成单元 磁耦合 打孔 超声 磁场 工件加工表面 激光发生单元 电路控制器 中等离子体 超声能场 超声振动 磁场调节 打孔过程 打孔效率 工件安装 激光打孔 外加磁场 旋转单元 影响激光 耦合 可调节 电源 垂直
【说明书】:

发明提供了一种声‑磁耦合能场辅助激光打孔装置及方法,该装置包括电源、电路控制器、磁场生成单元、工件装夹单元、磁场旋转单元、超声生成单元、激光发生单元和两个磁场调节单元,工件安装于工件装夹单元上,在进行激光打孔的同时,磁场生成单元产生可调节角度、方向及高度的磁场,超声生成单元产生垂直于工件加工表面方向的超声振动,两者产生的耦合能场同时作用于工件。本发明利用外加磁场影响激光打孔过程中等离子体的运动、形态及分布,同时利用超声能场辅助激光打孔,实现改善打孔质量和提高打孔效率的目的。

技术领域

本发明涉及激光制造与加工领域,尤其涉及一种声-磁耦合能场辅助激光打孔装置及方法。

背景技术

激光加工作为一种非接触式的加工发展迅速,已运用在许多行业和加工工艺中,可用作焊接、切割、打孔、刻蚀等等,而激光打孔作为激光加工中的一个重要的方面,由于其加工范围广、加工精度高以及相比传统机械打孔的诸多优势,现如今已经得到了广泛的应用,尤其是在航空航天、医疗器械等精密仪器微孔加工方面更是起到了至关重要的作用。

高功率激光打孔过程中,工件受热融化,工件上方产生高温等离子体,高温等离子体通过吸收、散射和折射作用对激光产生屏蔽效应,不仅会降低激光的利用率,而且还会影响微孔成形,严重时,等离子体的屏蔽会使打孔过程无法进行。而且由于激光具有热效应,在其作用下产生的熔融物易附着在孔壁或堆积在孔口附近,形成重铸层,造成凹凸不平的孔壁形貌,此外还存在熔融物的飞溅、孔内出现微裂纹、孔成鼓形、尺寸精度不稳定等问题。

发明内容

针对现有技术中存在不足,本发明提供了一种声-磁耦合能场辅助激光打孔装置及方法,利用外加磁场影响激光打孔过程中的等离子体的运动,同时利用超声波的声空化效应、声流效应和机械效应来辅助激光打孔,实现对激光打孔成孔质量改善和打孔效率提高的目的。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种声-磁耦合能场辅助激光打孔装置,包括电源、电路控制器、磁场生成单元、工件装夹单元、磁场旋转单元、超声生成单元、激光发生单元和两个磁场调节单元;

所述工件装夹单元包括水箱和栏框,所述水箱的底部固定于垂直设置的机床主轴上,所述水箱的顶部开口,所述栏框位于水箱内并固定于两个水箱相对的侧壁上,工件固定在栏框中,所述激光发生单元产生的激光正对工件;

所述超声生成单元包括超声振板,所述超声振板安装在水箱内的中心位置;

所述磁场旋转单元包括电动机、齿轮、齿轮圆盘、机床底座,所述齿轮同轴固定安装在电动机的电机轴上,所述齿轮圆盘同轴可转动地安装在机床主轴上,所述齿轮与所述齿轮圆盘啮合;

所述磁场生成单元包括两个电磁铁,两个所述电磁铁正对设置于水箱的两侧,两个所述电磁铁的磁极相异;

两个所述磁场调节单元分布水箱的两侧并关于机床主轴的轴线对称,所述磁场调节单元安装于齿轮圆盘上,磁场调节单元包括电磁铁夹具、导套、连杆、第一滑块、第二滑块;所述第二滑块沿齿轮圆盘的径向与齿轮圆盘滑动连接,且所述第二滑块与齿轮圆盘的相对位置可固定;所述第二滑块的一端内设有圆柱形通孔,所述导套与圆柱形通孔间隙配合,所述导套和第二滑块的侧面均设有若干第二定位孔,通过定位销和第二定位孔调节导套相对于第二滑块的高度,所述电磁铁夹具铰接于导套上;

两个所述电磁铁别安装于两个磁场调节单元上,所述电磁铁的一端固定安装于电磁铁夹具上,电磁铁的另一端与连杆的一端铰接,连杆的另一端与第一滑块铰接,所述第一滑块与第二滑块滑动连接并且第一滑块与第二滑块相对位置可固定;

所述电源与所述电路控制器电连接,所述超声振板、电动机、电磁铁均与所述电路控制器电连接,所述电路控制器控制超声振板以产生不同功率的超声波,电路控制器控制电动机的转速以控制齿轮圆盘的转速,电路控制器控制电磁铁以产生不同强度的磁场。

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