CN104741797B - 狭缝的激光加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种狭缝的激光加工方法，包括如下步骤：S1：采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括多个间隔开的通孔的第一个通孔组；S2：采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括多个间隔开的通孔的第i个通孔组，其中第i个通孔组中的多个通孔与第i‑1个通孔组中的多个通孔分别一一对应，且第i个通孔组中的每个通孔与第i‑1个通孔组中的相应通孔导通；S3：重复S2步骤，直到任意通孔组中的任意一个通孔与该通孔相邻的通孔导通以使全部通孔形成一条狭缝，其中2≤i≤N，N为加工总组数，i和N均为整数。根据本发明的狭缝的激光加工方法，解决了狭缝加工过程中易堵塞的问题，节约时间，对待加工件几乎不产生机械冲力和压力。

Description

狭缝的激光加工方法

技术领域

本发明涉及加工领域，尤其是涉及一种狭缝的激光加工方法。

背景技术

目前在金属上加工狭缝的方法主要有两种，一种是紫外激光加工，另一种是利用传统的机械加工狭缝的方式，如砂轮切割、数控机床等。其中采用紫外激光加工，紫外短波长本身的特征对金属的机械微处理具有优越性。它可以被聚焦到亚微米数量级的点上，因此可以在细微部件上进行有效的材料加工。但由于这种特别波长和频率的激光需要较短波长的激光激发，这给激光系统增加不必要的复杂性。所以设备能量一般只有几瓦，对于料厚大于0.2mm的金属需重复加工，高度扫描的振镜有一定的精度，反复加工多次会造成加工精度的降低和加工时间的延长。

采用传统的机械加工狭缝的方式，加工精度低，且在这种切割方式下，刀片/钻头等以高速运转的方式接触加工工件，会对工件产生机械应力，容易造成产品变形，降低整体的机械强度。

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狭缝的激光加工方法，解决了狭缝加工过程中易堵塞的问题。

根据本发明实施例的狭缝的激光加工方法，包括如下步骤：S1：采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括多个间隔开的通孔的第一个通孔组；S2：采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括多个间隔开的通孔的第i个通孔组，其中第i个通孔组中的多个通孔与第i-1个通孔组中的多个通孔分别一一对应，且第i个通孔组中的每个通孔与第i-1个通孔组中的相应通孔导通；S3：重复S2步骤，直到任意通孔组中的任意一个通孔与该通孔相邻的通孔导通以使全部通孔形成一条狭缝，其中2≤i≤N，N为加工总组数，i和N均为整数。

根据本发明实施例的狭缝的激光加工方法，通过采用分组钻孔的方式来加工狭缝，不仅解决了狭缝加工过程中易堵塞的问题。另外相对现有的加工狭缝的方法，本发明的待加工件的厚度可达1mm，一次加工完成，大大节约了时间。同时相对现有的机械加工狭缝的方法，本发明实施例的激光加工方法对待加工件几乎不产生机械冲力和压力，热影响区小，产品基本无变形，且加工速度快、无需任何模具制造。同时本发明实施例的激光加工方法的加工精度高，且切割边缘不会碳化，所以特别适宜于对细小部件做各种精密切割。

另外，根据本发明的狭缝的激光加工方法还具有如下附加技术特征：

具体地，每个通孔组中的相邻的通孔之间的孔间距大于50um。

在本发明的具体实施例中，在每个通孔组的加工过程中均采用吹风装置将加工产生的粉尘吹离所述待加工件。

可选地，所述吹风装置为离子风枪。

具体地，所述待加工件的厚度小于等于1mm。

具体地，所述狭缝的宽度小于15um。

可选地，所述激光为红外激光。

具体地，所述红外激光的波长为1064nm。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的狭缝的激光加工方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的狭缝的生成过程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的狭缝的激光加工方法，采用该激光加工方法可在待加工件上加工出不同尺寸的狭缝。具体地，待加工件为金属件，根据本发明实施例的狭缝的激光加工方法适用于红外、可见光及紫外加工设备，也就是说，狭缝的激光加工方法中采用的激光可以为红外激光、可见光激光或者是紫外激光。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的狭缝的激光加工方法，包括如下步骤：

S1：采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括多个间隔开的通孔的第一个通孔组，也就是说，首先用激光在待加工件上加工出第一个通孔组，该第一个通孔组中包括多个间隔开的通孔。在本发明的具体示例中，激光为红外激光，且红外激光的波长为1064nm。

S2：采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括多个间隔开的通孔的第i个通孔组，其中第i个通孔组中的多个通孔与第i-1个通孔组中的多个通孔分别一一对应，且第i个通孔组中的每个通孔与第i-1个通孔组中的相应通孔导通。

S3：重复S2步骤，直到任意通孔组中的任意一个通孔与该通孔相邻的通孔导通以使全部通孔形成一条狭缝，其中2≤i≤N，N为加工总组数，i和N均为整数。也就是说，任意一个通孔组中的多个通孔导通，任意两个通孔组中的多个通孔导通，换言之，多个通孔组中的全部通孔导通以形成一条狭缝。

具体而言，采用分组加工的方式形成狭缝，例如分为N组，第一组{1,N+1,……,N(n-1)+1}，第二组{2,N+2,……,N(n-1)+2}，……第N组{N,2N,……Nn}。加工时，先加工第一组，再加工第二组，以此类推，直到将N组孔加工完全（如图2所示）。其中N取大于等于1的自然数，n表示每个通孔组中的通孔的数量，n取大于等于2的自然数。

具体地，狭缝的宽度为40um以下，进一步地，狭缝的宽度可小于15um。具体地，待加工件的厚度为0～1mm。

下面以当采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括三个间隔开的通孔的第3个通孔组时，3个通孔组中的全部通孔导通以形成一条狭缝为例对狭缝的激光加工方法的原理进行详细的描述。需要理解的是，下述的描述只是示例性说明，并不是对本发明的具体限制。

首先，采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括三个间隔开的通孔的第一通孔组，第一通孔组中的通孔分别为第一通孔、第二通孔和第三通孔。

然后，采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括三个间隔开的通孔的第二通孔组，第二通孔组中的三个通孔分别为第四通孔、第五通孔和第六通孔。此时第四通孔位于第一通孔和第二通孔之间且第四通孔与第一通孔导通，第五通孔位于第二通孔和第三通孔之间且第五通孔与第二通孔导通，第六通孔与第三通孔导通。

最后，采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括三个间隔开的通孔的第三通孔组，第三通孔组中的三个通孔分别为第七通孔、第八通孔和第九通孔，此时第七通孔分别与第四通孔和第二通孔导通，第八通孔分别与第五通孔和第三通孔导通，第九通孔与第六通孔导通。也就是说，第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔、第五通孔、第六通孔、第七通孔、第八通孔和第九通孔全部导通以形成一条狭缝。

根据本发明实施例的狭缝的激光加工方法，通过采用分组钻孔的方式来加工狭缝，不仅解决了狭缝加工过程中易堵塞的问题。另外相对现有的加工狭缝的方法，本发明的待加工件的厚度可达1mm，一次加工完成，大大节约了时间。同时相对现有的机械加工狭缝的方法，本发明实施例的激光加工方法对待加工件几乎不产生机械冲力和压力，热影响区小，产品基本无变形，且加工速度快、无需任何模具制造。同时本发明实施例的激光加工方法的加工精度高，且切割边缘不会碳化，所以特别适宜于对细小部件做各种精密切割。

在尺寸方面，利用本发明实施例的激光加工方法对待加工件的切割厚度可达1mm，加工结果精密，可加工宽度小于15um的狭缝，切割面无毛刺，后续无需打磨处理加工边缘。且切割噪声小，并可以节省材料15%～30%。

在本发明的一些实施例中，每个通孔组中的相邻的通孔之间的孔间距大于50um。即要求单组孔间距（例如第1个孔与第m+1个孔的间距）>50um。从而可避免在对每组通孔组进行加工的过程中相邻的两个通孔之间会产生影响。

在本发明的具体实施例中，在每个通孔组的加工过程中均采用吹风装置将加工产生的粉尘吹离待加工件。可选地，吹风装置为离子风枪。从而可提高狭缝的加工效果，加工一遍即可将狭缝加工好。

下面通过具体的几次实验作为示例并结合附表对本发明实施例的夹缝的激光加工方法作进一步详细的描述。

实施例1

采用红外激光打孔机（华工激光生产的型号为LSF20激光打孔机，波长1064nm）在0.5mm厚且型号为6063的铝合金上进行分组钻孔加工狭缝。设计每个通孔的孔径为2um，所分组数12组，单组孔间距72um，相邻孔间距6um，狭缝长度12mm。激光打孔的功率为10W，速度为50mm/s，频率为20kHz。其中，相邻孔间距指的是每组通孔组中的相邻孔之间的间距。需要说明的是，待加工件具有彼此相对的第一表面和第二表面，激光在待加工件上加工出来的孔为锥形孔，激光直接照射的第一表面的孔径较大例如为25um左右，此时第二表面上的孔径较小，可为设计的2um。

实施例2

采用红外激光打孔机（华工激光生产的型号为LSF20激光打孔机，波长1064nm）在0.5mm厚且型号为6063的铝合金上进行分组钻孔加工狭缝。设计每个通孔的孔径为2um，所分组数12组，单组孔间距120um，相邻孔间距10um，狭缝长度12mm。激光打孔的功率为20W，速度为50mm/s，频率为20kHz。

实施例3

采用红外激光打孔机（华工激光生产的型号为LSF20激光打孔机，波长1064nm）在0.5mm厚且型号为6063的铝合金上进行分组钻孔加工狭缝。设计每个通孔的孔径为2um，所分组数24组，单组孔间距144um，相邻孔间距6um，狭缝长度12mm。激光打孔的功率为10W，速度为50mm/s，频率为20kHz。

对比例1

采用红外激光打孔机（华工激光生产的型号为LSF20激光打孔机，波长1064nm）在0.5mm厚且型号为6063的铝合金上进行钻孔加工狭缝，不分组。每个通孔的孔径为10um，相邻孔间距6um，狭缝长度12mm。激光打孔的功率为20W，速度为50mm/s，频率为20kHz，波长1064nm。

对比例2

采用紫外激光打孔机（正业科技生产的型号为JG12的紫外激光机，波长355nm）在0.2mm厚且型号为6063的铝合金上进行狭缝加工。狭缝宽度为8um，狭缝长度12mm。激光打孔的功率为1.5W，速度为300mm/s，频率为15kHz。

对比例3

采用CNC设备（力劲机械的型号为TC-510的CNC设备）在0.5mm厚且型号为6063的铝合金上进行狭缝加工。刀头直径0.3mm，加工转速2000r/min，加工走速500mm/min，加工次数40次。

10、上述实验的测试方法及结果

序号	狭缝宽度	加工时间
			实施例1	12um	10s
实施例2	15um	9s
			实施例3	12um	12s
对比例1	15um	10min
			对比例2	10um	10min
对比例3	0.4mm	2min

实施例1加工出来的狭缝通透，无堵塞现象，仅加工一次即可成功。

实施例2调整激光参数加工宽度较大的狭缝时，可以适当增大相邻孔之间的间距。总体加工的孔数量也会相应降低。

实施例3增加加工组数，由于激光运行过程中空笔时间增多，造成整体加工时间延长。

对比例1在加工了10min后，堵塞现象还是很明显，而且由于长时间反复加工，边缘烧焦严重。

对比例2在加工了10min后，堵塞现象还是很明显，而且由于长时间反复加工，整体有严重变形。

对比例3需加工多次方可成功，而且由于刀头太细造成刀具使用寿命很短，加工尺寸达到0.4mm，精度很低。

综上可知，根据本发明实施例的狭缝的激光加工方法，解决了狭缝易堵塞的问题，且对待加工件几乎不产生机械冲力和压力，产品基本无变形，且加工速度快，加工精度高，切割边缘不会炭化。

在本发明的具体实施例中，加工功率为0～50W，加工速度为20～3000m/s，频率为20～80kHz，每个通孔的孔径小于15um。其中，需要说明的是，每组通孔组中的多个通孔的孔径可均相同也可不同，同时相邻的通孔组中的相应的通孔的孔径可相同也可不同。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种狭缝的激光加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括多个间隔开的通孔的第一个通孔组；

S2：采用激光加工的方式在待加工件上加工出包括多个间隔开的通孔的第i个通孔组，其中第i个通孔组中的多个通孔与第i-1个通孔组中的多个通孔分别一一对应，且第i个通孔组中的每个通孔与第i-1个通孔组中的相应通孔导通；

S3：重复S2步骤，直到任意通孔组中的任意一个通孔与该通孔相邻的通孔导通以使全部通孔形成一条狭缝，其中2≤i≤N，N为加工总组数，i和N均为整数。

2.根据权利要求1所述的狭缝的激光加工方法，其特征在于，每个通孔组中的相邻的通孔之间的孔间距大于50um。

3.根据权利要求1所述的狭缝的激光加工方法，其特征在于，在每个通孔组的加工过程中均采用吹风装置将加工产生的粉尘吹离所述待加工件。

4.根据权利要求3所述的狭缝的激光加工方法，其特征在于，所述吹风装置为离子风枪。

5.根据权利要求1所述的狭缝的激光加工方法，其特征在于，所述待加工件的厚度小于等于1mm。

6.根据权利要求1所述的狭缝的激光加工方法，其特征在于，所述狭缝的宽度小于15um。

7.根据权利要求1所述的狭缝的激光加工方法，其特征在于，所述激光为红外激光。

8.根据权利要求7所述的狭缝的激光加工方法，其特征在于，所述红外激光的波长为1064nm。