[发明专利]一种激光电解复合加工用光电液耦合传导管电极

说明书

本发明公开了一种激光电解复合加工用光电液耦合传导管电极，所述光电液耦合传导管电极由透光基体、内侧反射包层、外侧反射包层、内壁导电层和端部导电层构成，所述透光基体为管状结构，所述内侧反射包层和所述外侧反射包层分别位于透光基体的内、外壁面上，所述内壁导电层位于所述内侧反射包层内壁上，所述端部导电层位于所述透光基体的端部，以形成导光、导电、导液且侧壁绝缘同步作用的复合加工用的管电极结构。该管电极具备透明基体导光、中空结构导液和端部金属层导电的复合功能，同时绝缘基体可以抑制其侧壁对已加工表面的电化学杂散腐蚀。

技术领域

本发明涉及特种加工技术领域，尤其是涉及一种激光电解复合加工用光电液耦合传导管电极。

背景技术

不锈钢、钛合金和镍基合金等难加工金属合金材料在汽车、航空航天和医疗器械等领域的结构零部件制造中具有广泛应用。这些零部件上需要加工出高深径比小孔、槽等结构，同时要求较高的加工精度、表面光洁度和无表面损伤，满足设计的特殊功能需求。因此，迫切需要发展高精度、高效率、无损伤的加工技术。

通常机械切削加工高硬度、高强度难加工金属合金材料时存在刀具磨损严重和表面毛刺等问题，难加工材料零部件的加工更多依赖特种加工。常用的电火花加工、电解加工、激光加工等特种加工在加工精度、加工效率方面有各自的工艺特点。电火花加工和常规激光加工的效率虽然高，但是被加工表面具有热影响区和重铸层；超短脉冲激光加工精度高，无热影响区，但是加工屑排出困难，加工结构的深宽比受限；电解加工具有加工表面完整性好的优点，但是加工形状尺寸精度、加工效率有待改善提升。

近些年，激光和水射流结合的水导激光加工相对于常规的连续或长脉冲激光加工，大幅改善了加工屑的排出、提升了加工表面质量和加工精度，但是难以实现高深径比小孔和高深宽比结构的加工。

以高深径比小孔和高深宽比结构的加工为目标，有研究尝试采用金属管电极的激光电解复合加工。利用中空金属管电极传导电解液，激光通过管电极内壁反射和电解液传导至加工区域，以形成激光电解复合加工。理论上，激光电解复合加工兼具激光加工效率高和电解加工无损伤的优势，但是该激光电解复合加工方法存在的主要问题是：电解液对激光光强的吸收从而不可能实现高深径比小孔和高深宽比结构的加工。激光通过电解液传导至加工区域，不可避免地会被电解液吸收，致使传导并作用到工件表面上的光强减弱。而且电解液在非定常流动过程中产生的气泡和涡流也会减弱作用在工件表面的能量，降低加工效率、甚至导致无法加工。在电解液中长距离传输的激光光强随着加工深度而减弱，且随着加工深度而越发严重，不利于高深宽比结构的加工。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种光电液耦合传导管电极，该管电极具备透明基体导光、中空结构导液和端部金属层导电的复合功能，同时绝缘基体可以抑制其侧壁对已加工表面的电化学杂散腐蚀，可以解决难加工材料上高深宽比结构加工和激光光强减弱的问题。

为了达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种激光电解复合加工用光电液耦合传导管电极，所述光电液耦合传导管电极由透光基体、内侧反射包层、外侧反射包层、内壁导电层和端部导电层构成，所述透光基体为管状结构，所述内侧反射包层和所述外侧反射包层分别位于透光基体的内、外壁面上，所述内壁导电层位于所述内侧反射包层内壁上，所述端部导电层位于所述透光基体的端部，以形成导光、导电、导液且侧壁绝缘同步作用的复合加工用的管电极结构。

进一步地，所述的透光基体的材料具有高透光、高折射率、高强度、良好的绝缘性能。

进一步地，所述透光基体的材料优选为石英玻璃。

进一步地，所述透光基体一端面为激光导入端，另一端面为激光导出端，激光由所述透光基体经全反射传导至激光电解复合加工的加工区域。

进一步地，所述透光基体侧面靠近所述激光导入端的位置设置有导电连接孔，脉冲电源输出的电流通过所述导电连接孔连接至所述端部导电层和所述内壁导电层。