[发明专利]一种基于激光诱导空化的冲孔装置

说明书

本发明公开了一种基于激光诱导空化的冲孔装置，包括用于装夹工件的上凸模和下凹模，所述上凸模设有装水腔，所述上凸模底侧设有与所述装水腔连通的第一通孔，所述下凹模位于所述上凸模下侧且所述下凹模设有与所述第一通孔同轴线的第二通孔，还包括用于沿所述第一通孔的轴线发射入水激光的激光发射系统，所述入水激光在所述装水腔中通过激光诱导空化产生冲击波以冲裁工件实现冲孔。上述基于激光诱导空化的冲孔装置通过激光诱导空化产生的空化泡在膨胀、溃灭过程中的冲击波代替传统实体冲头，对上凸模和下凹模之间的工件进行冲孔，满足高效率、高精度、微尺度的零部件制造要求。

技术领域

本发明涉及微纳制造技术领域，特别涉及一种基于激光诱导空化的冲孔装置。

背景技术

近年来，产品的精密化和微型化已成为工业制造发展的一个重要热点，为此微制造行业中迫切需要可实现高效、可靠的微型小孔加工技术，这是对微制造技术提出的全新挑战。

其中，微成形技术具有工艺简单，成形零件精度高和效率高等优点，很适合于微型零件的低成本大批量制造。而能够实现大批量微细零部件冲孔制造的方法主要包括精密模具微冲孔和激光冲孔。精密模具微冲孔的模具结构复杂，尤其是加工的板材较薄时，模具间隙很难保证均匀，模具制造维修困难，零部件边缘容易产生毛刺；激光冲孔作为一种新的微制造工艺，也存在以下缺点，若使用飞秒激光器成本太高，使用纳秒激光冲孔工艺中牺牲层的补偿问题一直制约着该技术的发挥，牺牲层只能单次使用，无法进行连续加工，同时，牺牲层中的黑漆会严重影响零件的表面质量，必须后续添加去漆工序。因此，解决牺牲层补偿问题，对此提出有效的解决方法，是推动将激光技术应用于微制造领域的重要课题。

因此，如何能够提供一种利用激光诱导去离子水产生的空化泡在膨胀、溃灭过程中的冲击波对材料进行冲孔并可满足高效率、高精度、微尺度的零部件的制造要求的基于激光诱导空化的冲孔装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光诱导空化的冲孔装置，通过激光诱导空化产生的空化泡在膨胀、溃灭过程中的冲击波代替传统实体冲头，对上凸模和下凹模之间的工件进行冲孔，满足高效率、高精度、微尺度的零部件制造要求。

为实现上述目的，本发明提供一种基于激光诱导空化的冲孔装置，包括用于装夹工件的上凸模和下凹模，所述上凸模设有装水腔，所述上凸模底侧设有与所述装水腔连通的第一通孔，所述下凹模位于所述上凸模下方且所述下凹模设有与所述第一通孔同轴线的第二通孔，还包括用于沿所述第一通孔的轴线发射入水激光的激光发射系统，所述入水激光在所述装水腔中通过激光诱导空化产生冲击波以冲裁工件实现冲孔。

优选地，还包括设于所述激光发射系统与所述上凸模之间的导光系统，所述激光发射系统发射的所述入水激光经由所述导光系统改变传递方向并沿所述第一通孔的轴线射入所述装水腔。

优选地，所述导光系统包括多个用于改变所述入水激光的传递方向的反射镜以及聚焦镜片，所述聚焦镜片位于所述上凸模正上方。

优选地，还包括设于所述上凸模和所述下凹模外周侧的夹具，所述夹具装夹固定所述上凸模和所述下凹模。

优选地，所述下凹模下侧设有与所述第二通孔连通的排水腔。

优选地，所述下凹模上侧与所述上凸模下侧的截面形状相同。

优选地，还包括设于激光发射系统底侧且用于支撑固定的机床工作台。

优选地，所述机床工作台表面设有用于固定所述上凸模和所述下凹模的三维移动平台，所述三维移动平台带动所述上凸模和所述下凹模运动以调节工件相对所述入水激光的入射位置。

优选地，还包括设置在所述机床工作台表面用于检测工件与所述入水激光对准状况的CCD机器视觉系统，所述CCD机器视觉系统与所述三维移动平台相连以实现所述三维移动平台根据工件与所述入水激光的对准状况进行反馈调节。