CN106270844A - 微间隙电解辅助激光微细加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种微间隙电解辅助激光微细加工方法及装置，加工方法包括将工件通过夹具安装于伺服进给装置上；通过伺服进给装置将工件浸入工作箱内的电解液中；在时间T1内，将工件移动至激光加工区域，打开激光器，通过聚焦系统使激光聚焦于电解液下的工件表面，去除工件材料；在时间T2内，将工件移动至电解加工区域，打开电解电源，微间隙电解加工去除激光加工产生的再铸层，完成一次复合加工T＝T1+T2；根据金属微结构加工的深度，设计复合加工循环次数并重复复合加工，直至工件加工完成。上述加工方法有效地去除激光加工产生的再铸层，而且大大提高了加工效率，在加工过程中无需改变零件装夹、无需更换电极，明显改善和提高微细加工质量。

Description

微间隙电解辅助激光微细加工方法及装置

技术领域

本发明属于特种加工技术领域，特别是涉及一种微间隙电解辅助激光微细加工方法及装置。

背景技术

金属材料微结构(如微孔、微槽等)是微小系统(如传感器、执行器、复杂薄壁零件)中常用的关键部件。他们对加工精度和质量具有很高的技术要求。在传感器中，这些微结构能够高灵敏地感测转角、位置等各种物理量，而且具备很强的抗冲击振动的环境适应能力；在执行器中，它们是精密执行动作的关键微结构；在复杂薄壁零件如流体驱动泵微结构散热器中，微槽是平衡散热和压降之间矛盾关系的重要方法。这些关键部件决定着零件的使用寿命和可靠性。

近年来，激光、电解等特种加工技术越来越多地应用于微结构的制造技术，但激光加工存在再铸层、热影响区等问题；电解加工存在低效率、侧蚀严重、电解产物排除困难等问题。因此，有必要设计一种更好的加工方法，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种充分结合激光加工、电解加工的优点，有效地去除激光加工产生的再铸层，而且大大提高加工效率的微间隙电解辅助激光微细加工方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微间隙电解辅助激光微细加工方法，包括：

步骤一：将工件通过夹具安装于伺服进给装置上；

步骤二：通过所述伺服进给装置将所述工件浸入工作箱内的电解液中，并调整所述工件的位置，进行对准；

步骤三：在时间T1内，通过所述伺服进给装置将所述工件移动至激光加工区域，打开激光器，通过聚焦系统使激光聚焦于电解液下的所述工件表面，去除工件材料；

步骤四：在时间T2内，通过所述伺服进给装置将所述工件移动至电解加工区域，打开电解电源，微间隙电解加工去除激光加工产生的再铸层，完成复合加工的一个周期T＝T1+T2；

步骤五：根据金属微结构(微孔或微槽)加工的深度，设计复合加工循环次数并重复上述步骤三和步骤四，直至所述工件加工完成。

进一步，所述激光器为毫秒级脉冲激光器。

一种微间隙电解辅助激光微细加工装置，包括盛放有电解液的工作箱，所述工作箱上方设有伺服进给装置，所述伺服进给装置通过夹具安装有工件，所述工件浸入所述电解液内，所述工件的一侧设有激光器及聚焦系统，另一侧设有电极，所述电极的底部进入所述电解液内，所述电极的顶部固定于进液接头上，所述进液接头通过输液管连接于电解液箱，所述电极和所述工件分别连接于电解电源的负极和正极。

进一步，所述工件位于所述电解液的表面下方1mm～2mm厚度处。

进一步，所述输液管靠近所述电解液箱设有过滤器，用于过滤所述电解液。

进一步，所述输液管上还设有液压泵及压力调节装置，通过所述压力调节装置调节所述输液管内电解液的压力，通过所述液压泵持续地提供一定压力的电解液，进入所述电极，形成电解液流体。

进一步，所述电极为中空、侧壁绝缘的金属管。

进一步，所述电解液为低浓度酸性钝化电解液。

进一步，所述工作箱的下部设有出液管，所述出液管连接于所述工作箱和所述电解液箱。

本发明的有益效果：

本发明微间隙电解辅助激光微细加工新方法，充分结合激光加工、电解加工的优点，有效地去除激光加工产生的再铸层，而且大大提高了加工效率，在加工过程中无需改变零件装夹、无需更换电极，实现从孔加工至最终成型一次装夹，改善微结构成型，提高结构强度，进而明显改善和提高微细加工质量，在航空、航天等领域上关键零部件的加工制造中具有极其重要的意义和工程应用前景。

附图说明

图1为本发明微间隙电解辅助激光微细加工装置的结构示意图；

图中，1—工件、2—电解液、3—工作台、4—工作箱、5—夹具、6—激光器及聚焦系统、7—伺服进给装置、8—进液接头、9—电极、10—电解电源、11—压力调节装置、12—液压泵、13—过滤器、14—输液管、15—电解液箱、16—出液管。

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的一部分实施例，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。

如图1，本发明提供一种微间隙电解辅助激光微细加工方法，包括如下步骤：

加工前,关闭电解电源10,将安装加工装置，将电解电源10的正、负极分别连接到工件1和电极9上，电极9则安装定位在进液接头8上。

步骤一：工件1的安装定位，将工件1通过夹具5安装于伺服进给装置7上，通过伺服进给装置7调整夹具5与工件1的位置，伺服进给装置7为XYZ三轴联动装置，可以带动工件1上下左右前后移动。

步骤二：通过伺服进给装置7将工件1浸入工作箱4内的电解液2中，并调整工件1的位置，进行对准。在加工时，工件1一直处于电解液2中并位于电解液2表面一下1mm～2mm厚度处。

步骤三：激光加工高效去除工件1材料，在时间T1内，通过伺服进给装置7将工件1移动至激光加工区域，打开激光器6，通过聚焦系统使激光聚焦于电解液2下的工件1表面，高效地去除工件1的材料，可提高加工效率。同时，激光在电解液2中作用于工件1的力学效应有利于排除金属熔化物，减少激光加工产生的再铸层，而且，电解液2可对加工区域进行冷却，能够减少热影响区。在本实施例中，激光器6为毫秒级脉冲激光器。

步骤四：电解加工有效去除再铸层及精密控型，在时间T2内，通过伺服进给装置7将工件1移动至电解加工区域，打开电解电源10，微间隙电解加工去除激光加工产生的再铸层，完成一个复合加工周期T＝T1+T2。通过微间隙电解加工，加工表面质量好、加工精度高且无热影响区。微间隙加工(5μm～15μm)可减小因加工间隙内电解液电导率、加工电压、进给速度等不稳定而带来的微间隙变化量，大大降低加工余量不均衡引起的误差，提高加工精度。

在本实施例中，电极9为中空、侧壁绝缘的金属管，这种电极9使得电极9侧壁电场分布受到绝缘层的限制，减少杂散腐蚀，电极9端面的圆周部分电力线较集中，电化学反应被限制在电极与端面相对的区域，提高加工定域性。电解电源10为高频微秒级脉冲电源，高频微秒级脉冲电源改变金属阳极极化特性使其超钝化在较高的电流密度下发生，加速阳极表面从钝化状态向向超钝化状态的过渡过程，提高加工精度。电解液2为低浓度酸性钝化电解液，低浓度酸性钝化电解液使得金属的超钝化区曲线斜率进一步加大，切断电流密度加大，相应的截止加工间隙缩小，集中蚀除能力进一步加强，同时在微小加工间隙不生成氢氧化物沉淀，提高加工精度、加工稳定性和加工效率。

步骤五：根据金属微结构(微孔或微槽)加工的深度，设计复合加工循环次数并进行重复上述步骤三和步骤四，直至工件1的金属微孔或微槽加工完成。

上述加工过程中无需改变零件装夹、无需更换工具电极9，实现从孔加工至最终成型一次装夹，改善微结构成型、提供结构强度，进而明显改善和提高微细加工质量，在航空、航天等领域上关键零部件的加工制造中具有极其重要的意义和工程应用前景。本发明通过合理利用激光加工与电解加工的工艺特点，将这两种加工工艺进行复合，确保工件及电极在一次装夹定位、二次对刀(重复对刀精度：±5μm)的情况下，进行微间隙电解辅助激光微细加工，工序简单，加工质量和精度易于保证。

本发明还提供一种微间隙电解辅助激光微细加工装置，包括盛放有电解液2的工作箱4，工作箱4安装于工作台3上，工作箱4上方设有伺服进给装置7，伺服进给装置7通过夹具5安装有工件1，工件1浸入工作箱4内的电解液2中，加工时工件1位于电解液2的表面下方1mm～2mm厚度处，通过伺服进给装置7带动工件1在电解液2内上下左右前后移动。工件1的一侧设有激光器及聚焦系统6，工件1的另一侧设有电极9，电极9为中空、侧壁绝缘的金属管，电极9的底部进入电解液2内，电极9的顶部固定于进液接头8上，进液接头8通过输液管14连接于电解液箱15。电极9和工件1分别连接于电解电源10的负极和正极。输液管14靠近电解液箱15设有过滤器13，用于过滤电解液2，输液管14上还设有液压泵12及压力调节装置11，通过压力调节装置11调节输液管14内电解液2的压力，再通过液压泵12持续地提供一定压力的电解液2，进入电极9的中空腔内，形成电解液流体，从而将电解液2由电解液箱15抽入工作箱4内。工作箱4的下部设置有出液管16，出液管16连接于工作箱4和电解液箱15，加工过程中，工作箱4内的电解液2由出液管16进入电解液箱15内，使得电解液2能够循环重复利用。

上述加工装置结构简单，通过夹具5固定工件1，工件1只需要一次装夹，保证加工精度，且通过激光器及聚焦系统6对工件1进行激光微细加工，通过电极9、电解液2及电解电源10对工件进行微间隙电解加工，两者相结合，能够提高工件的加工质量及加工效率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种微间隙电解辅助激光微细加工方法，其特征在于，包括：

步骤一：将工件通过夹具安装于伺服进给装置上；

步骤二：通过所述伺服进给装置将所述工件浸入工作箱内的电解液中，并调整所述工件的位置，进行对准；

步骤三：在时间T1内，通过所述伺服进给装置将所述工件移动至激光加工区域，打开激光器，通过聚焦系统使激光聚焦于电解液下的所述工件表面，去除工件材料；

步骤四：在时间T2内，通过所述伺服进给装置将所述工件移动至电解加工区域，打开电解电源，微间隙电解加工去除激光加工产生的再铸层，完成一个复合加工周期T＝T1+T2；

步骤五：根据金属微结构(微孔或微槽)加工的深度，设计复合加工循环次数并重复上述步骤三和步骤四，直至所述工件加工完成。

2.根据权利要求1所述的微间隙电解辅助激光微细加工方法，其特征在于：所述激光器为毫秒级脉冲激光器。

3.一种微间隙电解辅助激光微细加工装置，其特征在于，包括：盛放有电解液的工作箱，所述工作箱上方设有伺服进给装置，所述伺服进给装置通过夹具安装有工件，所述工件浸入所述电解液内，所述工件的一侧设有激光器及聚焦系统，另一侧设有电极，所述电极的底部进入所述电解液内，所述电极的顶部固定于进液接头上，所述进液接头通过输液管连接于电解液箱，所述电极和所述工件分别连接于电解电源的负极和正极。

4.根据权利要求4所述的微间隙电解辅助激光微细加工装置，其特征在于：所述工件位于所述电解液的表面下方1mm～2mm厚度处。

5.根据权利要求4所述的微间隙电解辅助激光微细加工装置，其特征在于：所述输液管靠近所述电解液箱设有过滤器，用于过滤所述电解液。

6.根据权利要求4所述的微间隙电解辅助激光微细加工装置，其特征在于：所述输液管上还设有液压泵及压力调节装置，通过所述压力调节装置调节所述输液管内电解液的压力，通过所述液压泵持续地提供一定压力的电解液，进入所述电极，形成电解液流体。

7.根据权利要求4所述的微间隙电解辅助激光微细加工装置，其特征在于：所述电极为中空、侧壁绝缘的金属管。

8.根据权利要求4所述的微间隙电解辅助激光微细加工装置，其特征在于：所述电解液为低浓度酸性钝化电解液。

9.根据权利要求4所述的微间隙电解辅助激光微细加工装置，其特征在于：所述工作箱的下部设有出液管，所述出液管连接于所述工作箱和所述电解液箱。