[发明专利]一种避免超快激光加工空腔中对壁损伤的方法

说明书

一种避免超快激光加工空腔中对壁损伤的方法，涉及一种超快激光加工技术领域，特别是涉及超快激光加工含空腔零件的对壁损伤防护策略。本发明是要解决目前超快激光加工含空腔零件的对壁损伤的技术问题。本发明中分步钻孔方法能在保持钻孔效率的同时降低修整孔边缘时穿过微孔的激光能量，添加填充物可以进一步将穿过微孔底部的激光能量吸收，有效阻挡激光照射到空腔的对面壁材料，达到防止对壁损伤的目的。激光钻孔结束后，仅需将零件整体加热便可去除内部填充材料，填充材料可重复使用，且因为基料硫代硫酸钠溶于水，空腔内部不易造成填充物残留。

技术领域

本发明涉及一种超快激光加工技术领域，特别是涉及超快激光加工含空腔零件的对壁损伤防护策略。

背景技术

超快激光是指激光脉冲宽度处于皮秒或飞秒量级，超快激光加工是精细加工领域重要的组成部分，作为一种非接触式的加工方式，超快激光加工具有快速、灵活以及对难加工材料的广泛适用性等特点。由于其极短的脉冲时间和超高峰值功率能够实现材料的“冷加工”，配合合理的加工工艺可以实现材料的无热影响区、无重铸层、无微裂纹等精密加工。

超快激光加工零件内部不可避免的会存在空腔结构，且腔体之间的距离普遍较小。但在超快激光加工过程中，激光束光斑中心处的能量较高、热量累积较快，导致在加工方向一定范围内仍有足够的激光能量，使光斑中心部位的材料去除率远大于边缘处。对于钻孔等加工方式而言，这种不均匀的加工深度会导致微孔优先从光斑中心处被打通，此时微孔边缘不平整，为使微孔出口边缘光滑，还需延长激光加工时间以对微孔进行修整。而在修整过程中，高能激光束的光斑中心部位将穿过空腔直接照射到空腔对面壁的表面上，极有可能会因此造成对面壁材料的去除，从而形成对壁损伤，严重时会导致整个零件报废。因此，微小腔体距离下的对面壁面无损伤加工是超快激光技术在该场景下应用推广亟需解决的问题之一。

目前，超快激光加工空腔的对壁保护策略通常有两种：一种是采用填充材料，即在空腔内填入适当的材料，以阻挡激光去除对面壁材料；另一种策略是通过穿透感知技术实现，即在微孔打透瞬间，控制激光能量迅速降低，以避免对面壁材料被去除。然而，关于上述两种方式的研究都存在其局限性，通常选择空腔内填充材料时仅考虑材料自身的熔点、热导率等特点，很少考虑其填充时的可达性以及加工后的去除性。而填充物的填充性能将直接影响到对壁损伤防护效果，此外，材料在加工后的去除更是影响零件整体加工效率的重要因素。对于工艺控制方面，理论上通过软件对激光能量进行控制成本低、效果好，但该技术需对系统的实时性要求极高，目前控制技术尚不成熟。且由于超快激光作用时间极短，极易在控制激光功率降低的过程中，对对面壁材料造成损伤。

发明内容

本发明是要解决目前超快激光加工含空腔零件的对壁损伤的技术问题，而提供一种避免超快激光加工空腔中对壁损伤的方法。

本发明的避免超快激光加工空腔中对壁损伤的方法是按以下步骤进行的：

一、先将零件加工为只保留一个开口，其余的开口均封闭；然后将填料黑色氧化铝陶瓷颗粒和基料硫代硫酸钠一起加热到60℃～70℃使得硫代硫酸钠完全熔化成为液体，然后将加热后的填料黑色氧化铝陶瓷颗粒从零件的开口处填入零件的空腔中且填满腔体；然后将液体硫代硫酸钠也填入零件的空腔内使其充满空腔内剩余空隙，零件敞口端竖直向上放置，零件自然冷却至室温使得硫代硫酸钠固化，然后将零件的开口端封闭；

所述的零件为至少含有一个开口的空心金属零件；

所述的黑色氧化铝陶瓷颗粒的粒径小于零件的开口尺寸；

二、对冷却后的零件进行超快激光钻孔，先选择10W～20W的大功率高效钻孔至距离底部有100μm～200μm，然后降低激光功率采用2W～8W的小功率精细钻孔方式继续对微孔底部材料进行去除至打通后，保持2W～8W的小功率精细钻孔对孔边缘进行修整(修整是现有技术，为了去毛边等，不是本申请的特点)直至完成钻孔过程；