CN106313338A - 一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法及装置 - Google Patents

一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106313338A
CN106313338A CN201610898690.6A CN201610898690A CN106313338A CN 106313338 A CN106313338 A CN 106313338A CN 201610898690 A CN201610898690 A CN 201610898690A CN 106313338 A CN106313338 A CN 106313338A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic workpiece
ceramic
workpiece
sucker
ultrasonic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610898690.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106313338B (zh
Inventor
王成勇
王宏建
林华泰
郑李娟
胡小月
伍尚华
王启民
郭伟明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201610898690.6A priority Critical patent/CN106313338B/zh
Publication of CN106313338A publication Critical patent/CN106313338A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106313338B publication Critical patent/CN106313338B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/14—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by boring or drilling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D7/00—Accessories specially adapted for use with machines or devices of the preceding groups
    • B28D7/02—Accessories specially adapted for use with machines or devices of the preceding groups for removing or laying dust, e.g. by spraying liquids; for cooling work

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法及装置。其中，该方法包括以下步骤：将陶瓷工件固定到超声振动平台上；使用激光钻孔系统对陶瓷工件钻孔，同时，超声振动平台内的超声波发生器产生沿钻孔方向传播的超声波，使陶瓷工件沿钻孔方向超声振动；陶瓷工件加工前后均需置于酒精溶液中超声清洗。还包括：将一次钻孔后的陶瓷工件翻转；将翻转后的陶瓷工件固定到旋转超声平台上；使用旋转超声振动工具对一次钻孔进行二次加工，旋转超声振动工具沿钻孔轴向作超声振动并随主轴旋转；旋转超声对陶瓷工件的孔进行二次加工时，向孔内通入冷却液。本申请提升了激光钻孔对陶瓷工件的钻孔深度，改善了工件的钻孔质量。通过旋转超声对钻孔进行二次加工，可进一步减少孔壁锥度，提高孔径精度。

Description

一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法及装置
技术领域
本申请涉及激光钻孔技术领域，尤其是一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法及装置。
背景技术
陶瓷材料因具有良好的性能，如高强度、高硬度、耐高温、耐化学腐蚀等优点，已在多个领域替代金属材料，成为应用广泛的工程材料。陶瓷的硬脆特性使得其难以加工。传统加工方法效率低，成本高，精度难以控制。激光加工属于高能束加工方法，与工件不接触，陶瓷材料易吸收激光，可提高作业效率。因此，激光加工技术在陶瓷的加工领域中彰显优势。目前激光钻孔的陶瓷工件厚度受限，易形成锥孔。激光的高能量烧蚀形成的材料熔渣残留在加工区域，严重影响工件质量，而且形成的热应力对加工效果不利。超声加工对于各种硬脆材料的加工十分有效。与易在加工表面引起热应力从而造成微裂纹的激光加工相比，采用超声加工的工件加工表面无残余应力，加工过程受力小，热影响小，无破坏层，但单纯的超声加工效率较低。
发明内容
本申请提供一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法及装置，解决现有技术中，陶瓷可激光钻孔的工件厚度薄且钻孔质量不高的问题。
根据本申请的第一方面，本申请提供一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法，包括以下步骤：将陶瓷工件固定到超声振动平台上；使用激光钻孔系统对陶瓷工件钻孔，同时，超声振动平台内的超声波发生器产生沿钻孔方向传播的超声波，使陶瓷工件沿钻孔方向超声振动；陶瓷工件加工前后均需置于酒精溶液中超声清洗。
根据本申请的第二方面，本申请提供一种超声辅助的陶瓷激光钻孔装置，包括机架和安装在机架上的超声辅助激光钻孔系统，超声辅助激光钻孔系统包括安装在机架上的精密平台和安装在精密平台上的超声振动平台，超声振动平台内设有超声波发生器；超声振动平台用于固定陶瓷工件；超声振动平台上方设有激光钻孔系统，激光钻孔系统在对陶瓷工件钻孔时，超声波发生器用于产生沿钻孔方向传播的超声波，使陶瓷工件沿钻孔方向超声振动。
本申请的有益效果是，由于本申请在对陶瓷工件进行激光钻孔的同时，使用超声波发生器产生沿钻孔方向传播的超声波，使陶瓷工件沿钻孔方向来回振动，从而将激光钻孔时产生的熔渣从钻孔内排出，提升了钻孔深度，改善了工件质量。超声振动也使工件表面与空气对流加快，加快了冷却速度。
通过旋转超声对钻孔进行二次加工，可减少孔壁锥度，提高孔径精度。该方法适用于不同锥度的孔，可实现无锥度孔的加工，同时也可以按需加工出不同结构的锥度孔。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2的结构示意图；
图3为实施例2中翻转组件动作的一种状态图；
图4为实施例2中翻转组件动作的另一种状态图；
图5为实施例2中翻转组件动作的又一种状态图；
图6为一次钻孔后陶瓷工件的剖视图；
图7为实施例2中旋转超声加工系统动作的示意图；
图8为二次加工后陶瓷工件的一种示例的剖视图；
图9为二次加工后陶瓷工件的另一种示例的剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中，陶瓷工件加工前后均需置于酒精溶液中超声清洗。
实施例1：
一种超声辅助的陶瓷激光钻孔装置，如图1所示，包括机架1和安装在机架1上的超声辅助激光钻孔系统10。该超声辅助激光钻孔系统10包括安装在机架1上的精密平台11和安装在精密平台11上的超声振动平台12，超声振动平台12内部设有超声波发生器13，其上方设有激光钻孔系统20，超声振动平台12的上表面用于固定陶瓷工件100，以便激光钻孔系统20对陶瓷工件100进行钻孔等加工动作。激光钻孔系统20在对陶瓷工件100钻孔时，超声波发生器13产生沿钻孔方向传播的超声波，从而使陶瓷工件100沿钻孔方向超声振动。钻孔形成的熔渣在超声振动下从孔中喷出，使激光得以对未加工的部分进行钻孔，提高了加工陶瓷工件的厚度。同时，熔渣的排出也提升了工件表面的质量。
激光钻孔系统20在钻孔时，其钻孔的方向要根据陶瓷工件100的具体形状及加工要求确定，超声发生器13的安装也要根据超声振动平台12的情况来确定，此为本领域技术人员可根据实际情况作出的选择，在此不做赘述。
对于激光钻孔系统20，如图1所示，本实施例提供了一种示例，其包括激光发生器21、反射镜23和聚焦装置24，聚焦装置24内设有聚焦镜25。激光发生器21产生激光束22后，经反射镜23反射至聚焦装置24，聚焦镜25聚焦后照射到陶瓷工件100上。在钻孔过程中，可根据需要向聚焦装置24内通入保护气体。当然，在其他实施例中，激光钻孔系统20还可以有其他结构，但只要其具有激光钻孔功能，均应落入本实施例的保护范围。
实施例2：
作为实施例1的改进，如图2所示，本实施例还包括运输组件30、翻转组件40和旋转超声加工系统50。运输组件30包括上吸盘组件和对应的导轨，导轨在图中未示出，上吸盘组件吸附陶瓷工件100后在导轨内移动，从而输送陶瓷工件100。翻转组件40用于将一次钻孔后的陶瓷工件100翻转过来，以便在旋转超声加工系统50进行二次加工。
如图3-图5所示，翻转组件40包括第一吸盘组件41和第二吸盘组件42；第一吸盘组件41包括固定在机架1上的第一底座411以及与第一底座411相铰接的第一可伸缩杆412，第一可伸缩杆412的上端固定有第一转动吸盘413，还包括用于控制第一可伸缩杆412转动和控制第一转动吸盘413吸附与松开工件的驱动器，该驱动器设置在机架1内，图中未示出。第二吸盘组件42包括固定在机架1上的第二底座421以及与第二底座421相铰接的第二可伸缩杆422，第二可伸缩杆422的上端固定有第二转动吸盘423，驱动器还用于控制第二可伸缩杆422转动和第二转动吸盘423吸附与松开工件的动作。
如图3所示，运输组件30将一次钻孔后的陶瓷工件100运输到第一转动吸盘413上，第一转动吸盘413吸附固定陶瓷工件100的B面，然后，第一可伸缩杆412和第二可伸缩杆422开始相向转动；图4中，第一转动吸盘413和第二转动吸盘423转动至彼此相向面对的位置，此时第二转动吸盘423吸附固定陶瓷工件100的B面，第一转动吸盘413松开对陶瓷工件100A面的吸附动作；图5中，第二转动吸盘423转动至原竖直位置，此时，陶瓷工件100已完成翻转。运输组件30再将翻转后的陶瓷工件100运输至旋转超声加工系统50。
旋转超声加工系统50包括水槽51和设置在水槽51内的工作平台52，工作平台52用于固定翻转后的陶瓷工件100。在工作平台52的上方设有旋转超声振动工具60，旋转超声振动工具60用于对孔进行二次加工。
图6示出了一次加工后陶瓷工件100的剖视图，可看出陶瓷孔101具有一定锥度，陶瓷孔101的截面形成上大下小的梯形，因此通过翻转组件40将陶瓷工件100翻转过来，以便对陶瓷孔101孔径较小的一面进行加工。
如图7所示，旋转超声振动工具60伸入到陶瓷孔101内，在原钻孔的轴向上作超声振动，同时随主轴旋转，从而加工陶瓷孔101孔径相对较小的一面。同时，通过旋转超声振动工具60向陶瓷孔101内通入冷却液，以降低加工时的高温并冲洗加工下来的材料碎片。冲洗后的冷却液最后流入到水槽51内。
图8为二次加工后陶瓷工件100的一种示例的剖视图，将一次加工后获得的锥形孔加工为无锥度的陶瓷孔101。
图9示出了二次加工后陶瓷工件100的另一种示例的剖视图，可根据用户的需要，保留陶瓷孔101内一部分的锥形，从而加工出图9中含有直孔与锥孔结构的孔。
实施例3：
一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法，包括以下步骤：
S101：将陶瓷工件固定到超声振动平台上。
S102：使用激光钻孔系统对陶瓷工件钻孔，同时，超声振动平台内的超声波发生器产生沿钻孔方向传播的超声波，使陶瓷工件沿钻孔方向超声振动。
进一步的，还包括：
S103：将一次钻孔后的陶瓷工件翻转；
S104：将翻转后的陶瓷工件固定到旋转超声平台上；
S105：使用旋转超声振动工具对一次钻孔进行二次加工，旋转超声振动工具沿钻孔轴向作超声振动并随主轴旋转，旋转超声对陶瓷工件的孔进行二次加工时，向孔内通入冷却液。
进一步的，步骤S103将一次钻孔后的陶瓷工件翻转，具体为：通过上吸盘组件将一次钻孔的陶瓷工件输送至第一转动吸盘上；第一转动吸盘吸附固定陶瓷工件的其中一面；第一转动吸盘和第二转动吸盘相向转动至彼此相向面对；第二转动吸盘吸附固定陶瓷工件的另外一面，第一转动吸盘松开对陶瓷工件第一面的吸附动作；第二转动吸盘转动至原竖直位置。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (6)

1.一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法，其特征在于：包括以下步骤：
将陶瓷工件置于酒精溶液中超声清洗；
将陶瓷工件固定到超声振动平台上；
使用激光钻孔系统对陶瓷工件钻孔，同时，超声振动平台内的超声波发生器产生沿钻孔方向传播的超声波，使陶瓷工件沿钻孔方向超声振动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：
将一次钻孔后的陶瓷工件翻转；
将翻转后的陶瓷工件固定到旋转超声平台上；
使用旋转超声振动工具对一次钻孔进行二次加工，旋转超声振动工具沿钻孔轴向作超声振动并随主轴旋转。
旋转超声对陶瓷工件的孔进行二次加工时，向孔内通入冷却液。
加工完成后，将陶瓷工件取下并置于酒精溶液中超声清洗得到成品。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述将一次钻孔后的陶瓷工件翻转，具体为：
通过上吸盘组件将一次钻孔的陶瓷工件输送至第一转动吸盘上；第一转动吸盘吸附固定陶瓷工件的其中一面；第一转动吸盘和第二转动吸盘相向转动至彼此相向面对；第二转动吸盘吸附固定陶瓷工件的另外一面，第一转动吸盘松开对陶瓷工件第一面的吸附动作；第二转动吸盘转动至原竖直位置。
4.一种超声辅助的陶瓷激光钻孔装置，其特征在于：包括机架和安装在机架上的超声辅助激光钻孔系统，所述超声辅助激光钻孔系统包括安装在机架上的精密平台和安装在精密平台上的超声振动平台，所述超声振动平台内设有超声波发生器；超声振动平台用于固定陶瓷工件；超声振动平台上方设有激光钻孔系统，所述激光钻孔系统在对陶瓷工件钻孔时，超声波发生器用于产生沿钻孔方向传播的超声波，使陶瓷工件沿钻孔方向超声振动。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：还包括运输组件、翻转组件和旋转超声加工系统；运输组件用于将一次钻孔后的陶瓷工件输送至翻转组件，所述翻转组件用于将钻孔后的陶瓷工件翻转；运输组件还用于将翻转后的陶瓷工件输送至旋转超声加工系统；
旋转超声加工系统包括水槽和设置在水槽内的工作平台，工作平台用于固定翻转后的陶瓷工件；工作平台的上方设有旋转超声振动工具，旋转超声振动工具用于对孔进行二次加工，旋转超声振动工具在钻孔的轴向上作超声振动并随主轴旋转；旋转超声振动工具对孔进行二次加工时还用于向孔内通入冷却液。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述运输组件包括上吸盘组件；翻转组件包括第一吸盘组件和第二吸盘组件；第一吸盘组件包括固定在机架上的第一底座以及与第一底座相铰接的第一可伸缩杆，第一可伸缩杆的上端固定有第一转动吸盘，还包括用于控制第一可伸缩杆转动和控制第一转动吸盘吸附与松开工件的驱动器；第二吸盘组件包括固定在机架上的第二底座以及与第二底座相铰接的第二可伸缩杆，第二可伸缩杆的上端固定有第二转动吸盘，驱动器还用于控制第二可伸缩杆转动和第二转动吸盘吸附与松开工件的动作；
驱动器用于控制第一可伸缩杆、第二可伸缩杆、第一转动吸盘和第二转动吸盘执行以下动作：第一转动吸盘吸附固定陶瓷工件的其中一面；第一转动吸盘和第二转动吸盘相向转动至彼此相向面对；第二转动吸盘吸附固定陶瓷工件的另外一面，第一转动吸盘松开对陶瓷工件第一面的吸附动作；第二转动吸盘转动至原竖直位置。
CN201610898690.6A 2016-10-14 2016-10-14 一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法及装置 Active CN106313338B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610898690.6A CN106313338B (zh) 2016-10-14 2016-10-14 一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610898690.6A CN106313338B (zh) 2016-10-14 2016-10-14 一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106313338A true CN106313338A (zh) 2017-01-11
CN106313338B CN106313338B (zh) 2017-12-01

Family

ID=57817799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610898690.6A Active CN106313338B (zh) 2016-10-14 2016-10-14 一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106313338B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109176911A (zh) * 2018-10-07 2019-01-11 德清弘达精密陶瓷有限公司 用于精密陶瓷的钻孔加工设备
CN110280914A (zh) * 2019-05-23 2019-09-27 江苏大学 一种激光超声技术辅助脉冲激光打孔装置及方法
CN113770080A (zh) * 2021-09-16 2021-12-10 六安金銮建筑设备有限公司 一种桥梁建筑用环保型具有防护结构的智能打孔机
US20230193772A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-22 Raytheon Technologies Corporation Fabrication of cooling holes using laser machining and ultrasonic machining

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4541758A (en) * 1984-05-31 1985-09-17 Ppg Industries, Inc. Means and method for lubricating core drills
JPH08174536A (ja) * 1994-12-27 1996-07-09 Nippon Sheet Glass Co Ltd 無機質板材の穿孔方法
CN103399377A (zh) * 2013-07-22 2013-11-20 西安电子科技大学 飞秒激光直写蓝宝石环形光波导及其制备方法
CN103894739A (zh) * 2014-03-26 2014-07-02 华中科技大学 一种高质量氧化铝陶瓷的刻蚀加工方法及装置
CN104014828A (zh) * 2014-06-13 2014-09-03 山东大学 一种WS2/Zr软涂层微纳复合织构陶瓷刀具及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4541758A (en) * 1984-05-31 1985-09-17 Ppg Industries, Inc. Means and method for lubricating core drills
JPH08174536A (ja) * 1994-12-27 1996-07-09 Nippon Sheet Glass Co Ltd 無機質板材の穿孔方法
CN103399377A (zh) * 2013-07-22 2013-11-20 西安电子科技大学 飞秒激光直写蓝宝石环形光波导及其制备方法
CN103894739A (zh) * 2014-03-26 2014-07-02 华中科技大学 一种高质量氧化铝陶瓷的刻蚀加工方法及装置
CN104014828A (zh) * 2014-06-13 2014-09-03 山东大学 一种WS2/Zr软涂层微纳复合织构陶瓷刀具及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
姚燕生等: "水环境下激光超声复合加工实验研究", 《应用激光》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109176911A (zh) * 2018-10-07 2019-01-11 德清弘达精密陶瓷有限公司 用于精密陶瓷的钻孔加工设备
CN110280914A (zh) * 2019-05-23 2019-09-27 江苏大学 一种激光超声技术辅助脉冲激光打孔装置及方法
CN110280914B (zh) * 2019-05-23 2021-01-15 江苏大学 一种激光超声技术辅助脉冲激光打孔装置及方法
CN113770080A (zh) * 2021-09-16 2021-12-10 六安金銮建筑设备有限公司 一种桥梁建筑用环保型具有防护结构的智能打孔机
CN113770080B (zh) * 2021-09-16 2022-04-26 六安金銮建筑设备有限公司 一种桥梁建筑用环保型具有防护结构的智能打孔机
US20230193772A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-22 Raytheon Technologies Corporation Fabrication of cooling holes using laser machining and ultrasonic machining

Also Published As

Publication number Publication date
CN106313338B (zh) 2017-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106313338A (zh) 一种超声辅助的陶瓷激光钻孔方法及装置
Leone et al. Experimental investigation on laser milling of aluminium oxide using a 30 W Q-switched Yb: YAG fiber laser
US9649722B2 (en) Ultrasound-assisted water-confined laser micromachining
CN100374242C (zh) 在具有隔热涂层的金属工件上钻孔的方法
KR101625948B1 (ko) 초음파 진동과 레이저 습식 후면 에칭을 이용한 유리 형상 가공장치
CN111070433B (zh) 一种多场辅助的金刚石切削设备
CN1142743A (zh) 电路底板激光加工法及其加工装置和二氧化碳激光振荡器
CN110586579B (zh) 一种碳纤维复合材料激光清洗与表面改性复合加工的装置及方法
CN110280914B (zh) 一种激光超声技术辅助脉冲激光打孔装置及方法
CN107790897A (zh) 一种超声振动辅助激光打孔方法及装置
CN109382592B (zh) 一种基于静态溶液辅助陶瓷激光重复打孔方法及装置
JP4690895B2 (ja) 金属物体のレーザピーニング処理方法およびレーザピーニング処理方法で製造した金属物体
Wang et al. Comparative assessment of picosecond laser induced plasma micromachining using still and flowing water
JP2009012061A (ja) レーザ加工機
CN207547917U (zh) 一种超声振动辅助激光打孔装置
CN207343403U (zh) 超声辅助激光表面清洗系统
CN106086319A (zh) 一种激光诱导空泡强化泵阀芯的装置和方法
CN1308112C (zh) 以冰为约束层的激光冲击处理方法及其装置
JP2008044086A (ja) 切削加工方法及び装置並びにその方法を用いて加工した基板
JPH1119785A (ja) セメント硬化体の穿孔方法
CN106695125A (zh) 一种在线改善工件激光加工表面完整性的系统及方法
CN110280912A (zh) 一种声-电耦合能场辅助激光螺旋打孔的装置及加工方法
CN106041268A (zh) 一种优化焊缝组织和性能的分层超声冲击处理方法
CN112917027A (zh) 一种封装基板表面导通孔小锥度高质高效加工装置及方法
JP2009034696A (ja) 疲労特性に優れた突合せ溶接継手およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant