CN101474721A

CN101474721A - 激光加工方法及激光加工设备

Info

Publication number: CN101474721A
Application number: CN 200910105092
Authority: CN
Inventors: 彭信翰; 汤海林; 杨伟
Original assignee: SHENZHEN MUSEN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN MUSEN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2009-07-08

Abstract

本发明公开了一种激光加工方法，包括步骤：将被加工材料固定在位于工作台上的容器内；往所述容器的腔体内注入液体，使被加工材料浸没在所述液体中；激光加工浸没在所述液体中的被加工材料。本发明还公开了一种激光加工设备。本发明通过将被加工材料置于液体中进行激光加工，首先通过液体的冷却作用，降低了激光加工时激光在加工处的热影响，起到了较好的冷却作用，避免了激光对材料的过度烧蚀；其次可以防止材料熔融后在冷却的过程中重新粘连在一起，无法分离；再次以液体作为激光加工的辅助介质可以提高材料碎屑的排除程度，达到良好的切割效果。

Description

激光加工方法及激光加工设备

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种激光加工方法及激光加工设备。

背景技术

随着激光技术的不断发展，激光的应用领域越来越广泛，激光加工是其中最大的一个领域，它包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。在现有工业中，激光加工更是以其无可比拟的优势被广泛地应用于汽车、电子、电器、航空、机械制造等领域。但是现有的激光加工技术多是依靠激光的热效应来达到加工目的，因此热影响所带来的负面效应便不可避免的存在。例如激光切割是将激光束经过聚焦后照射到被加工材料上，光能转化为热能，使被加工材料温度急速升高，然后使材料熔化或汽化。与此同时，与光束同轴的气流从喷嘴喷出，将熔化或汽化了的材料由切口的底部吹走。随着激光与工件的相对运动，在工件上形成切缝从而达到切割的目的。由于是靠激光的热效应来完成激光切割，故以气体为辅助介质进行激光切割存在以下的缺点：

1、被加工材料的切缝处热影响范围大，气体冷却范围及效果有限，所以切边周围会有过度烧蚀现象；

2、一些材料经过激光切割后，切边在熔融后的冷却过程中重新粘连在一起，无法分离，达不到切割效果。

3、切割处的碎屑无法彻底排除，影响切割质量。

上述技术问题同样存在于与激光切割工艺过程类似的激光划线(半切割)和激光打孔(不连续切割)中，因此如何消除激光加工中热效应的负面影响是加工过程的一个关键的环节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种激光加工方法及激光加工设备，通过将被加工材料置于液体中进行激光加工，利用液体的降温、隔离和除屑作用，以实现良好的激光加工效果。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种激光加工方法，包括以下步骤：

将被加工材料固定在位于工作台上的容器内；

往所述容器内注入液体，使被加工材料浸没在所述液体中；

对浸没在所述液体中的被加工材料进行激光加工。

本发明的实施例还提供了一种激光加工设备，包括激光装置和位于所述激光装置下方的用于激光加工的容器，所述容器包括主腔体以及位于所述主腔体上方的突起腔体，所述主腔体和所述突起腔体连为一体，构成连通器，所述主腔体内设有用于固定被加工材料的夹具。

本发明实施例通过将被加工材料置于液体中进行激光加工，首先通过液体的冷却作用，降低了激光加工时激光在加工处的热影响，起到了较好的冷却作用，避免了激光对材料的过度烧蚀；其次可以防止材料熔融后在冷却的过程中重新粘连在一起，无法分离；再次以液体作为激光加工的辅助介质可以提高材料碎屑的排除程度，达到良好的切割效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一的激光加工方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一的激光加工方法使用的设备第一实施例结构示意图；

图3是本发明实施例一的激光加工方法使用的设备第二实施例结构示意图；

图4是本发明实施例一的激光加工方法使用的设备第三实施例结构示意图；

图5是本发明实施例的激光加工头的结构示意图；

图6是本发明实施例的高度调节部件的结构示意图；

图7是本发明实施例二的激光加工设备的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1所示，本发明实施例一的激光切割方法包括以下步骤：

步骤S101，将被加工材料固定在位于工作台上的容器内。

图2是本发明实施例一的激光加工方法使用的设备第一实施例结构示意图，如图2所示，固定在工作台(图未示)上的容器1是一个上方开口的方形容器，其底部安装有夹具11，一个侧面设有出水口12，相对的侧面上设有进水口13，从容器1上方的开口处放入被加工材料2，并用夹具11固定被加工材料2即可。

图3是本发明实施例一的激光加工方法使用的设备第二实施例结构示意图，如图3所示，固定在工作台8上的容器还可以为一个连通器6，其下部为方形主腔体61、上部为柱状的突起腔体62，且方形主腔体61与突起腔体62连成一体的不规则容器。方形主腔体61的上方开有窗口611，底部位于窗口611正下方处安装有夹具11，一个侧面设有出水口612，相对的侧面设有进水口613。从窗口611处放入被加工材料2，并用夹具11固定被加工材料2即可。

本发明实施例所述的容器可以为透光材料制成，以便于激光加工过程中操作人员对激光加工过程的观察。

在上述所有的实施例中，腔体底部夹具11的高度可以调节，通过调节夹具11的高度来精确地控制固定在夹具11上的被加工材料2的被加工表面距离激光入射的静态液面的高度在0.5mm～50mm的范围之内。

步骤S102，往容器的腔体内注入液体，使被加工材料浸没在液体中。

液体可以为水或水溶液(如酸碱盐溶液)、或液态气体、或有机液体(如CCl₄、CHCl₃)、或有机溶剂等。为便于说明，本发明实施例的液体选择水或水溶液，应当理解，在具体实现时，水、酸性液体、碱性液体等液体的选择需依据被加工材料的性质及加工要求而定。

请参照图2所示，在步骤S101将被加工材料2固定在夹具11上后，从进水口13注入水或水溶液3，直至浸没在水或水溶液3中的被加工材料2的被加工表面距离水或水溶液3的激光入射液面的深度为0.5mm～50mm。

参照图3所示，当容器为连通器6时，在步骤S101将被加工材料2固定在夹具11上后，首先于连通器6的窗口611处盖上透光窗体614，密封窗口611，这样就将整个连通器6密封成一个只有一个出口62的容器了；然后从进水口613注入水或水溶液3，直至突起腔体62中的液面高于方形主腔体61中的液面一定的高度，此时，被加工材料2浸没在水或水溶液3中，并通过调节夹具高度使其被加工表面距离方形主腔体61中的激光入射液面的深度为0.5mm～50mm。在本发明实施例中，透光窗体614的选用依据激光波长及液体性质而定，基本要求是要有较高的激光透过率。

步骤S103，对浸没在所述液体中的被加工材料进行激光加工。

激光加工包括激光切割、激光划线、激光打孔等激光工业技术，为便于说明，本发明实施例的激光加工以激光切割为例，应当理解，本发明实施例的激光加工不限于激光切割，也可以是激光划线、激光打孔等其他的激光工业技术。

请参照图2所示，在步骤S102注入适量的水或水溶液3后，位于水或水溶液3上方的激光加工头4按预先设定的路径在XY平面上移动，与此同时，工作台固定不动，固定在工作台上的容器1也固定不动，从激光加工头4射出的激光束5穿透液面照射到浸没在水或水溶液3中的被加工材料2上，从而实现对被加工材料2的激光切割。由于在激光切割的过程中，容器1始终固定不动，容器1内的液面一直保持平稳的状态，水或水溶液3的密度始终保持均匀，从而保证在水或水溶液3中切割被加工材料2的激光束5能稳定而精确地进行激光切割。

在本发明实施例中，在进行激光切割的过程中，容器1上的进水口13和出水口12同时打开，并且进水口13不断往容器1的腔体内注入新的水或水溶液3，而出水口12则以相同的流量不断流失水或水溶液3，这样容器1的腔体内的水或水溶液3通过流动的方式将水或水溶液3中被加工材料的切屑排走，消除了被加工材料的切屑对激光束5传输路线的偏差影响，进一步提高激光切割的精度。

请参照图3所示，当容器为连通器6时，可以采用如下两种方式对被加工材料进行激光切割：

方式1，位于透光窗体614上方的激光加工头4固定不动，工作台8按预先设定的路径移动，并同步带动浸没在主腔体61中的静态液面的正下方的被加工材料2移动，从而进行激光切割。由于连通器6中的突起腔体62中的液面高于方形主腔体61中的液面，这样由连通器原理自由液面只存在于突起腔体62中，主腔体中液面紧贴透光窗体614，没有间隙与气泡，故当固定在工作台8上的连通器6随工作台8同步移动时，只有突起腔体62中的液面处于自由活动状态，而方形主腔体61中的液面始终处于静止状态，这样液面只在突起腔体62中产生晃动，方形主腔体61中始终处于静止状态的液面不会对从激光加工头4射出并穿越液面进行水下切割的激光束5的传输路线产生影响，从而保证激光切割的高精度。

方式2，工作台8固定不动，位于透光窗体614上方的激光加工头4按预先设定的路径移动，切割浸没在水或水溶液3中的被加工材料2。由于在激光切割的过程中，连通器6始终固定不动，连通器6内的液面一直保持平稳的状态，水或水溶液3的密度始终保持均匀，从而保证在水或水溶液3中切割被加工材料2的激光束5能稳定而精确地进行激光切割。

在本发明实施例中，在进行激光切割的过程中，连通器6上的进水口613和出水口612同时打开，并且进水口613不断往连通器6的腔体内注入新的水或水溶液3，而出水口612则以相同的流量不断流失水或水溶液3，这样连通器6的腔体内的水或水溶液3通过流动的方式将水或水溶液3中的被加工材料切屑排走，消除了被加工材料的切屑对激光束5传输路线的偏差影响，进一步提高激光切割的精度。

图4是本发明实施例一的激光加工方法使用的设备第三实施例结构示意图，如图4所示，工作台上的容器底部可以做成透光材料底部9，这样无论容器为方形容器还是连通器，均可以采用以下两种方式对被加工材料进行激光切割：

方式1，工作台(图未示)固定不动，位于透光材料底部9的激光加工头4移动加工浸没在水或水溶液3中的被加工材料2。

方式2，位于透光材料底部9的激光加工头4固定不动，工作台移动，并同步带动浸没在水或水溶液3中的被加工材料2移动，进行激光切割。

以上两种激光切割方式，无论容器中的液面是否晃动，均不会引起被加工材料2下方的液体产生晃动，因此被加工材料2下方的水或水溶液3一直保持平稳的状态，即被加工材料2下方的水或水溶液3的密度始终保持均匀，从而保证在水或水溶液3中切割被加工材料2的激光束5能稳定而精确地进行激光切割。

请参照图3所示，本发明实施例二的激光加工设备包括激光加工头4以及位于激光加工头4下方的用于激光切割的连通器6，该连通器6固定在工作台8上，其下部为方形主腔体61、上部为柱状的突起腔体62，且方形主腔体61与突起腔体62连成一体，构成一个形状不规则的容器。方形主腔体61的上方开有窗口611，底部位于窗口611正下方处安装有用于固定被加工材料2的夹具11，并且所述窗口距离所述夹具固定材料的平面的高度可以通过夹具来进行调节，以此来保证被加工材料2的被加工表面到激光入射的静态液面的距离为0.5mm～50mm。本发明实例中方形腔体的一个侧面设有出水口612，相对的侧面设有进水口613。窗口611处还盖有透光窗体614，在本发明实施例中，透光窗体614的选用依据激光波长和液体性质而定，基本要求是要有较高的激光透过率。本发明实施例所述的容器也可以整体为透光材料制成，以便于激光加工过程中操作人员对激光加工过程的观察。本发明实施例三的激光切割设备的具体使用方法和原理已在上述实施例二的激光切割方法中详细描述过，在此不予赘述。请参照图5所示，本发明实施例中的激光加工头4包括壳体41、安装在所诉壳体中的聚焦镜42、安装在所述壳体41中并位于聚焦镜42激光出射端的保护镜43，在所述壳体的下方装有防水喷嘴44，激光切割时，一般激光束的光束是比较细的，因此所述防水喷嘴44的喷嘴孔可做的比较小，由此可减少激光穿透水层切割被加工材料2时水蒸气进入壳体内部，造成保护镜上附着水珠或被水蒸气附着而对激光束光路的影响，可保证激光切割加工的精度要求。

本发明上述实施例所述的激光切割设备中所述用于固定所述被加工材料的夹具11通过一高度调节部件调节所述被加工材料2的被加工表面距离所述水或水溶液的激光入射液面的深度。参考图6是所述高度调节部件的一种具体实现方式，该高度调节部件主要包括用于固定所述夹具11的移动底板73、一端固定于容器底盘63的升降滑动柱72和螺旋测微头71，通过转动螺旋测微头71可使移动底板73实现精确的上下移动，进而带动夹具11和被加工材料2的移动。本发明实施例通过该高度调节部件一方面可实现调节被加工材料2的被加工表面距离水或水溶液3的激光入射液面的深度，以便于根据实际的加工需要调整激光束加工浸没于水或水溶液3中的被加工材料2表面需穿透的水层深度；另一方面，在更换被加工材料2时，还可以通过调节所述高度调节部件，使夹具11在水面之上，以便于在一个被加工材料2加工完成后更换新的被加工材料。

请参照图7所示，在本发明的其它实施例中，连通器6可以做成容器底盘63与容器外罩64密封连接的容器，透光窗体614镶嵌在窗口611处，与容器外罩64做成一体。当更换被加工材料2时，只需先将水或水溶液3排尽，然后将容器外罩64整体取下，再将被加工材料2从固定于容器底盘63的夹具11上换下，最后将容器外罩64与容器底盘63密封连接好即可，这样在激光加工的过程中，可以省略安装透光窗体614的环节，进一步提高生产效率。

本发明通过将被加工材料置于液体中进行激光加工，首先通过液体的冷却作用，降低了激光加工时激光在加工处的热影响，起到了较好的冷却作用，避免了激光对材料的过度烧蚀；其次可以防止材料熔融后在冷却的过程中重新粘连在一起，无法分离；再次以液体作为激光加工的辅助介质可以提高材料碎屑的排除程度，达到良好的切割效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

将被加工材料固定在位于工作台上的容器内；

往所述容器内注入液体，使被加工材料浸没在所述液体中；

对浸没在所述液体中的被加工材料进行激光加工。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位于工作台上的容器包括主腔体以及位于所述主腔体上方的突起腔体，所述主腔体和所述突起腔体连为一体，构成连通器。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主腔体上表面开有窗口，所述窗口处设有用于在激光加工时密封所述主腔体的透光窗体。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器为透光材料制成。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器的任意两个相对侧面上还分别设有进水口和出水口。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于固定所述被加工材料的夹具通过一高度调节部件调节所述被加工材料的高度。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，浸没在所述液体中的所述被加工材料的被加工表面距离所述液体的激光入射的液面的深度为0.5mm～50mm。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

通过液体流动的方式更新所述容器的腔体内的液体，并同时将所述液体中被加工材料的切屑随流动的液体排走。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，激光加工为激光切割、或激光划线、或激光打孔。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体为水或水溶液、或液态气体、或有机液体、或有机溶剂。

11、一种激光加工设备，其特征在于，包括激光装置和位于所述激光装置下方的用于激光加工的容器，所述容器包括主腔体以及位于所述主腔体上方的突起腔体，所述主腔体和所述突起腔体连为一体，构成连通器，所述主腔体内设有用于固定被加工材料的夹具。

12、如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述主腔体上表面开有窗口，所述窗口处设有用于在激光加工时密封所述主腔体的透光窗体。

13、如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述容器为透光材料制成。

14、如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述容器设有进水口和出水口。

15、如权利要求11所述的设备，其特征在于，用于固定所述被加工材料的夹具通过一高度调节部件调节所述被加工材料的高度。

16、如权利要求11所述的设备，其特征在于，在所述激光装置的下方装有防水喷嘴。