[发明专利]一种双激光复合切割的高精度制孔方法

说明书

本发明提供了一种双激光复合切割的高精度制孔方法，包括：将激光切割头安装在激光加工机床的加工头位置，激光切割头能够输出双激光束，一束为高功率热熔切割激光束，另一束为超快脉冲精密修整激光束；调整激光切割头与工件的相对方位，使得由激光切割头输出的两束激光束均垂直或以一定偏角入射到工件表面并聚焦于工件表面；聚焦后的两束激光束的光轴为同轴或平行；采用三种方式中的任意一种方式来开启复合切割过程。本发明所述的双激光复合切割制孔方法不会产生表面淬硬层，因此不再需要采用传统机械加工方法，如铣、镗、钻、车等方式去除表面淬硬层，因此可以直接用于重要金属零部件的制孔，包括螺栓孔、销孔等有冲击或疲劳载荷的孔加工。

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种双激光复合切割的高精度制孔方法。

背景技术

激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的金属材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。与传统等离子体切割、氧乙炔切割一样，激光切割属于热切割方法之一。

在激光切割断面过程中，不可避免存在两个缺陷，一是在激光切割路径的开始、转折和结束位置，由于切割头急加减速和切割熔融材料体积的突变，始终存在一个竖直的坑或坎(沿光轴方向)缺陷，该处表面粗糙度较大；二是由于其是热熔切割机理，激光切割断面始终存在一个表面淬硬层，淬硬深度约0.1～0.4mm。这两个缺陷使得激光切割目前被严格限制不能用于重要金属零部件的直接制孔，尤其是不得用于螺栓孔、销孔等有冲击或疲劳载荷的孔加工，这类孔一般都必须采用传统机械钻孔工艺加工。如果一定要制孔，在激光切割切出孔型之后，还要采用传统机械加工方法如铣、镗、钻、车等方式进行精加工，以去除表面淬硬层和提高孔壁表面粗糙度，这种方式费时费力，性价比也很低(远不如机械钻孔一步到位)。因此虽然激光切割具有速度快、成本低、无耗材等突出特点，但目前市面上都不采用激光切割制孔。

近年来出现的超快激光微加工技术，利用超高功率密度、超短脉冲宽度(皮秒、飞秒)特性，其作用于金属材料是完全不同的“冷”加工效果，即几乎没有热影响区，加工精度非常高，孔壁面光洁无缺陷，目前已被用于飞机发动机叶片气膜孔等高精尖零部件的制孔。但是，超快激光微加工技术天生存在着加工效率低的缺点，其“微加工”的特性显然并不适合于一般金属零部件的制孔，性价比太低。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种双激光复合切割的高精度制孔方法，该双激光复合切割的高精度制孔方法能够直接用于重要金属零部件的制孔，加工精度高、效率高。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种双激光复合切割的高精度制孔方法，包括如下步骤：

(1)将工件装夹在工作台上；将激光切割头安装在激光加工机床的加工头位置，所述激光切割头能够输出双激光束，且能够在待加工工件表面做XYZ三维扫描运动；

所述双激光束由具有不同特性参数的两束激光束构成，一束为高功率热熔切割激光束，另一束为超快脉冲精密修整激光束；两束激光束的光路系统、工艺参数相互独立；

(2)调整激光切割头与工件的相对方位，使得由激光切割头输出的两束激光束均垂直或以一定偏角入射到工件表面并聚焦于工件表面；聚焦后的两束激光束的光轴为同轴或平行；

(3)采用如下三种方式中的任意一种方式来开启复合切割过程；所述复合切割过程中，始终保持辅助气体吹气以去除激光熔化或烧蚀产生的材料废渣；

方式一：首先开启热熔切割激光器，使得高功率热熔切割激光束进入激光切割头，透过聚焦透镜之后，聚焦在工件表面；控制高功率热熔切割激光束按照制孔的热熔切割圆周轮廓和预设的移动速度做三维扫描切割运动，激光束焦点相对工件发生对应移动，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时采用与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开形成孔，之后关闭高功率热熔切割激光束；