[发明专利]可控液流-振动耦合辅助激光铣抛加工方法与系统

说明书

本发明公开了一种可控液流‑振动耦合辅助激光铣抛加工方法及系统。所述加工系统包括：激光加工单元，用于对工件进行激光加工；液流辅助单元，用于提供液流与所述工件接触；振动辅助单元，用于向所述工件施加振动；控制单元，用于对所述激光加工单元、液流辅助单元以及振动辅助单元的工作状态进行调控，以实现激光加工、振动与液流的可控耦合。本发明通过将激光、振动、液流等可控耦合，可以发挥各工艺/能量场的优越性，使之耦合互补，有效调控加工区宏微观尺度的能量分布特性，减小热影响，避免微裂纹，同时显著改善激光铣抛排屑特性和加工质量，大幅提升工件品质，有效提高材料去除效率。本发明特别适合于金属材料以及硬脆性材料等的精密加工。

技术领域

本发明涉及一种激光加工方法，具体涉及一种可控液流-振动耦合辅助激光铣抛加工方法和实现装置，属于激光加工、多场融合及先进制造技术领域。

背景技术

工程陶瓷等硬脆性材料是继金属和塑料之后的“第三代结构材料”，按化学组成可分为金属氧化物、氮化物、碳化物等，具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀、密度小、电绝缘性能好等优点，广泛应用于航空航天、电子电气、化工机械、生物工程等行业。当采用车削、磨削、研磨、超声加工、电火花及磨料水射流等加工方法进行硬脆难切削材料的加工制造时，易产生刀具磨损、表面划痕和残余应力等表面缺陷，较难获取高质量加工表面，从而影响零件的服役性能和寿命，且加工效率低。同时，由于陶瓷材料的硬、脆性等特点，导致其加工容易产生热应力，从而导致裂纹和熔渣的产生，故而还需关注如何控制裂纹及熔渣的产生，保证材料加工质量。为此，本领域研究人员一直致力于寻求有效的加工方法来实现工程陶瓷等硬脆性难切削材料零部件的加工制造，以促进先进硬脆性材料的高性能关键应用。

激光抛光引入了新的材料加工机理，其通过光化学作用的微熔化或光物理作用的热效应，可以实现加工材料表面的重新分布或材料化学键断裂实现微尺度材料去除，可进一步改善加工质量，减小表面粗糙度。其中热抛光由于温度梯度大而产生的热应力大，易产生裂纹。冷抛光利用材料吸收光子后，光化表层材料化学键断裂或者是晶格结构被破坏，实现材料去除。光化学作用加工时，热效应、热应力小，容易控制材料去除量，适合硬脆材料精密加工。

由于激光作为非接触式加工工具，在减少刀具磨损、绿色环保、降低噪声等级、加工精度高、可加工维度多等方面优越性显著，激光加工具有高能量密度以及精确可控等优点，已成为工程陶瓷等硬脆性材料加工的一种有效技术。提高工程陶瓷的加工质量和加工效率一直是研究热点。然而，激光加工会引入热影响区、重铸层、微裂纹等问题，对硬脆性材料而言，激光热效应容易引起加工辐射区材料内部应力的急剧变化，易诱导裂纹源萌生、扩展，破坏材料加工效果；同时，激光加工等离子体的疲敝效应，影响激光能量的吸收；且加工生产物、飞溅物或残留物的附着易形成重铸层，会导致影响加工表面质量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可控液流-振动耦合辅助激光铣抛加工方法与系统，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例的一个方面提供了一种可控液流-振动耦合辅助激光铣抛加工系统，包括：

激光加工单元，用于对工件进行激光加工；

液流辅助单元，至少用于提供液流与所述工件接触；

振动辅助单元，至少用于向所述工件施加振动；

控制单元，至少用于对所述激光加工单元、液流辅助单元以及振动辅助单元的工作状态进行调控，以实现激光加工、振动与液流中任意两种以上的可控耦合。

在一些实施方式中，所述加工系统还包括：

运动辅助单元，至少用于在激光加工过程中使所述工件与激光加工头进行相对运动；

所述运动辅助单元的工作状态由所述控制单元调控。