[发明专利]激光去毛刺和倒角的方法和系统

说明书

所公开的用于对在工件的两个横向延伸的侧面之间限定的具有毛刺的锋利边缘进行去毛刺和倒角处理的方法包括：通过横向于具有毛刺的边缘摆动的激光束在侧面之一上形成材料的熔池。控制激光束的摆动幅度，从而防止振荡光束被引导超出边缘并控制激光束在材料边缘的加工尺寸。熔化材料产生的热量被传递到毛刺并使其液化。随着熔化材料冷却和固化，它在工件的表面上聚集成池，从而形成凸起的光滑的曲面层，该层对边缘进行了倒角。

技术领域

本公开涉及激光技术领域，并且更具体地，涉及一种激光去毛刺和倒角的方法和系统。

背景技术

如图1所示，去毛刺是对可以由铝、钢和其他种类的金属制成的物体的粗糙边缘进行平滑的工艺。因此，毛刺是由常见的制造方法(例如，切割、钻孔、磨削、铣削、剪切、焊接、冲压和雕刻等)导致的缺陷或突起。毛刺也可能是部件磨损的结果。

毛刺不仅会使产品看起来不好，而且还会对成品的功能产生重大影响，这样降低质量甚至成为安全隐患。毛刺的存在会干扰其他修整工艺(例如，粉末喷涂和电镀)的应用。因此，去毛刺对于确保部件的质量和功能至关重要。放任不管的话，毛刺可能会给制造商带来潜在的高成本问题。那么，不足为奇的是部件的去毛刺和边缘修整可能会占部件成本高达30％。

存在5种常见级别的毛刺。从级别1到2，毛刺非常小，通常可以容易地被去除。级别为3的毛刺也很小，但需要更大程度地使用修整工具才能被去除。级别为4和5的毛刺非常大，对金属具有较强的附着力，并且需要大量精力和使用去毛刺工具才能去除。

技术人员已知的去毛刺工艺很多。某些工艺可以分组为所谓的接触去毛刺类，并包括手动去毛刺、机电去毛刺、振动修整和滚桶抛光(barrel tumbling)。所有这些方法都涉及与要被去毛刺的表面接触的去毛刺工具。

手动去毛刺是灵活且节约成本的，但它需要大量的时间投入，这使其不适合用于修整大量部件。机电去毛刺是将电流与盐或乙二醇溶液结合使用以溶解毛刺。机电去毛刺对于需要在难以触及的地方进行去毛刺的小型精密部件很有用。振动修整涉及将部件与液体和磨料成分(例如，陶瓷、塑料或钢修整介质)的混合物一起放置在旋转桶或振动碗中。当机器旋转时，介质会以开瓶器运动的方式连续摩擦部件，以去除锋利的边缘和其他金属缺陷。滚筒抛光包括将一个或多个工件放置在抛光滚筒中，该抛光滚筒以高速旋转以将工件一起擦拭(brush)并达到所期望的修整度。通常，已知接触去毛刺技术存在一些问题，包括由于接触工具的过度磨损而引起的大量消耗成本、以及与复杂轮廓(特别是具有隐藏角的轮廓)相关联的困难。

实际上，上述所有接触工艺都可以被机器人化。尽管传统的非自动化非接触式工艺所面临的问题仍然存在，但是由于大量机械和电子组件急剧增加，机器人化增加了结构和功能的复杂性。实际上，由于必须对去毛刺工具进行编程以接触工件(例如，轮毂角)，因此必须非常精确地编程和控制机器人系统的工艺路径和机械运动，而没有任何干扰。否则，这样的机器人系统将存在严重的机械干扰问题，这可能会导致工具崩溃。此外，为了保护运动轴，还必须将协作力分析系统集成到整个组件中，这会带来附加的复杂性和维护。

另一组去毛刺工艺可以基于其非接触性质而被分组在一起，例如各种电化学方法。然而，后者可能需要后处理以去除各种残差。

非接触式去毛刺工艺的另一示例(激光去毛刺)是本公开的主题。先进的激光技术的所有优点都可以用于激光去毛刺，因为它本质上是激光处理的应用。由于激光加工是一种无工具的非接触式工艺，因此只要要被激光处理的材料的热性能和足够的工艺控制是充足的，它就可以提供非常灵活的加工操作。

因此，激光加工没有接触工艺的上述缺点中的至少一些缺点。显然，这种技术的使用导致极少或没有消耗品。在激光加工期间，可以灵活调整激光束路径以提供期望的倒角。与实施上述传统机械方法中的一些方法的系统相比，基于激光的去毛刺系统由于结构相对简单而易于操作。