CN109175896A - 一种硬脆材料的超声加工方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬脆材料的超声加工方法及系统。其中，超声加工方法采用激光切割、酸液腐蚀和超声波振动结合的方式对硬脆材料进行加工，效率高，并且硬脆材料的切割边缘质量高，适用于硬脆材料的多种加工情况，尤其适用于硬脆材料的内槽加工。本发明还公开了一种用于实施超声加工方法的超声加工系统，包括激光切割装置、固定装置、密封装置、酸液注入装置和超声波发生器。

Description

一种硬脆材料的超声加工方法及系统
技术领域
本发明涉及硬脆材料加工技术领域，尤其涉及一种硬脆材料的超声加工方法及系统。
背景技术
现有的硬脆材料，一般采用机械方法进行切割和裂片，在切割过程中，由于硬脆材料硬度高、脆性大的特点，容易对材料造成损伤，次品率高，切割边缘质量较差，且对刀具要求高，刀具的磨损也较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬脆材料的超声加工方法及系统，高质量地对硬脆材料进行加工。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种硬脆材料的超声加工方法，包括以下步骤：
在待加工件上沿着预设轨迹进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部；
将所述裂片部密封，形成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内；
向所述密封空间内注入酸液，所述酸液腐蚀所述裂片部；
用超声波振动所述裂片部，所述裂片部从待加工件上掉落，完成裂片。
可选的，所述步骤：在待加工件上沿着预设轨迹进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，具体包括：
在待加工件上沿着预定内槽的轮廓进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，所述固定部环绕所述裂片部设置；
所述步骤：用超声波振动所述裂片部，所述裂片部从待加工件上掉落，完成裂片，具体包括：
用超声波振动所述裂片部，所述裂片部从待加工件上掉落，在待加工件上形成所述预定内槽。
可选的，所述步骤：在待加工件上沿着预设轨迹进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，所述固定部环绕所述裂片部设置，具体包括：
提供一激光切割装置；所述激光切割装置在待加工件上沿着预定内槽的轮廓进行激光切割，形成切割道；
所述切割道贯穿待加工件相对的两板面，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，所述固定部环绕所述裂片部设置；
其中，所述激光切割装置包括超快激光器，所述超快激光器装设有贝塞尔切割头。
可选的，所述步骤：将所述裂片部密封，形成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内，具体包括：
提供一固定装置和一密封装置；所述固定装置夹紧所述固定部，所述密封装置沿着所述切割道密封所述裂片部，形成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内；
其中，所述固定装置包括两个夹具，两个所述夹具分别夹紧待加工件的一端部；
所述密封装置包括两个密封件，两个所述密封件关于所述裂片部对称设置；各所述密封件朝向所述裂片部的一面上开设有腐蚀槽，所述腐蚀槽的槽口与所述切割道对应；各所述密封件分别连接有一密封驱动件，所述密封驱动件用于驱动所述密封件朝靠近或远离待加工件的方向移动。
可选的，所述步骤：提供一固定装置和一密封装置；所述固定装置夹紧所述固定部，所述密封装置沿着所述切割道密封所述裂片部，形成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内，具体包括：
两个所述夹具对应夹紧待加工件的两端部；所述密封驱动件驱动两个所述密封件朝靠近待加工件的方向移动进而夹紧待加工件，使所述裂片部被密封于两个所述腐蚀槽之间；
各所述腐蚀槽与所述裂片部分别组成一密封腔，两个所述密封腔组成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内。
可选的，所述步骤：向所述密封空间内注入酸液，所述酸液腐蚀所述裂片部，具体包括：
提供一酸液注入装置，所述酸液注入装置向所述密封空间内注入酸液，所述酸液腐蚀所述裂片部；
其中，所述酸液注入装置包括酸液槽和若干酸液管道，所述酸液管道连通各所述密封腔的底部和所述酸液槽的底部，使各所述密封腔和所述酸液槽形成连通器；所述酸液注入装置还包括升降导轨，所述升降导轨滑动连接所述酸液槽；
所述酸液为氢氟酸，所述密封件为耐氢氟酸腐蚀的橡胶密封件。
可选的，所述步骤：提供一酸液注入装置，所述酸液注入装置向所述密封空间内注入酸液，所述酸液腐蚀所述裂片部，具体包括：
向所述酸液槽中注入酸液，调节所述酸液槽在所述升降导轨上的位置，使所述酸液槽中的酸液液面高于所述密封件的顶面，或者与所述密封件的顶面平齐；所述酸液通过所述酸液管道流入所述密封空间，包围并腐蚀所述裂片部。
可选的，所述步骤：用超声波振动所述裂片部，所述裂片部从待加工件上掉落，完成裂片，具体包括：
提供一超声波发生器，所述超声波发生器发出超声波，所述超声波以所述酸液作为传导介质，传导至所述裂片部；所述裂片部从待加工件上掉落，完成裂片；
其中，所述超声波发生器安装于所述酸液槽上。
一种硬脆材料的超声加工系统，包括激光切割装置、固定装置、密封装置、酸液注入装置和超声波发生器。
所述激光切割装置用于沿着预设轨迹对待加工件进行激光切割，形成切割道；所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部；
所述固定装置用于固定所述固定部；
所述密封装置用于密封所述裂片部，形成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内；
所述酸液注入装置用于向所述密封空间内注入酸液；
所述超声波发生器用于发出超声波，所述超声波用于振动所述裂片部。
可选的，所述固定部环绕所述裂片部设置；所述激光切割装置包括超快激光器，所述超快激光器装设有贝塞尔切割头；
所述固定装置包括对称设置的两个夹具，两个所述夹具分别夹紧待加工件的一端部；各所述夹具包括两个夹持部，待加工件位于两个所述夹持部之间，两个所述夹持部关于待加工件对称设置；
所述密封装置包括两个密封件，两个所述密封件关于所述裂片部对称设置；各所述密封件朝向所述裂片部的一面上均开设有腐蚀槽，所述腐蚀槽的槽口与所述切割道对应；各所述密封件分别连接有一密封驱动件，所述密封驱动件用于驱动所述密封件朝靠近或远离待加工件的方向移动；
所述酸液注入装置包括酸液槽和若干酸液管道，所述超声波发生器安装于所述酸液槽上；所述酸液为氢氟酸，所述密封件为耐氢氟酸腐蚀的橡胶密封件；
所述酸液管道连通各所述密封腔的底部和所述酸液槽的底部，使各所述密封腔和所述酸液槽形成连通器；所述酸液注入装置还包括升降导轨，所述升降导轨滑动连接所述酸液槽；
所述升降导轨上设有固定件，所述固定件用于将所述酸液槽固定于所述升降导轨上；所述升降导轨上还设有升降驱动件，所述升降驱动件用于驱动酸液槽在所述升降导轨上移动。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明提供的超声加工方法及系统，通过激光切割、酸液腐蚀和超声波振动的结合，可高效低成本地对硬脆材料进行加工，并使硬脆材料的切割边缘质量高。本发明通过密封裂片部，定向地腐蚀裂片部，节省酸液。
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它的附图。
图1为本发明实施例提供的超声加工系统的示意图。
图示说明：1、待加工件；11、切割道；12、裂片部；13、固定部；21、密封件；22、腐蚀槽；31、酸液槽；32、酸液管道；33、升降导轨；4、超声波发生器。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供了一种硬脆材料的超声加工方法及系统。
请参考图1，本实施例提供的硬脆材料的超声加工方法，包括以下步骤：
(1)在待加工件1上沿着预设轨迹进行激光切割，形成切割道11；切割道11将待加工件1分为裂片部12和固定部13；
(2)将裂片部12密封，形成密封空间，裂片部12位于密封空间内；
(3)向密封空间内注入酸液，酸液腐蚀裂片部12；
(4)用超声波振动裂片部12，使裂片部12掉落，完成裂片；
步骤(1)具体包括：提供一激光切割装置；激光切割装置在待加工件1上沿着预定内槽的轮廓进行激光切割，形成切割道11；
切割道11贯穿待加工件1相对的两板面(图1中的待加工件1的左侧面和右侧面)，切割道11将待加工件1分为裂片部12和固定部13，固定部13环绕裂片部12设置。
其中，激光切割装置包括超快激光器，超快激光器装设有贝塞尔切割头。超快激光的脉冲时间短，峰值能量高，在材料加工中热影响区小，硬脆材料的切割边缘质量更高。贝塞尔切割头发出的贝塞尔聚焦光束直径小、焦深长，切割出的硬脆材料边缘锥度较小，边缘质量好。
步骤(2)具体包括：提供一固定装置和密封装置；固定装置夹紧固定部13，密封装置沿着切割道11密封裂片部12，形成密封空间；裂片部12位于密封空间内。
其中，固定装置包括对称设置的两个夹具，两个夹具分别夹紧待加工件1的一端部。各夹具包括两个夹持部，待加工件1位于两个夹持部之间，两个夹持部关于待加工件1对称设置。
密封装置包括两个密封件21，两个密封件21关于裂片部12对称设置。各密封件21朝向裂片部12的一面上开设有腐蚀槽22，腐蚀槽22的槽口与切割道11对应。各密封件21分别连接有一密封驱动件，密封驱动件用于驱动密封件21朝靠近或远离待加工件1的方向移动。
由此，步骤(2)具体包括：两个夹具对应夹紧待加工件1的两端部，密封驱动件驱动两个密封件21朝靠近待加工件1的方向移动进而夹紧待加工件1，使裂片部12被密封于两个腐蚀槽22之间，各腐蚀槽22与裂片部12分别组成一密封腔，两个密封腔组成密封空间，裂片部12位于密封空间内。
步骤(3)具体包括：提供一酸液注入装置，酸液注入装置向密封空间内注入酸液，酸液腐蚀裂片部12。
其中，酸液注入装置包括酸液槽31和若干酸液管道32，酸液管道32连通各密封腔的底部和酸液槽31的底部，使各密封腔和酸液槽31形成连通器。根据连通器，调节酸液槽31内酸液的液面高度，即可调节酸液在腐蚀槽22中的液面高度。
酸液注入装置还包括升降导轨33，升降导轨33滑动连接酸液槽31。
则步骤(3)具体包括：向酸液槽31中注入酸液，调节酸液槽31在升降导轨33上的位置，使酸液槽31中的酸液液面高于密封件21的顶面，或者与密封件21的顶面平齐。酸液通过酸液管道32流入密封空间，包围并腐蚀裂片部12。
具体的，酸液为氢氟酸，密封件21为橡胶密封件，密封效果好，对氢氟酸有良好的耐受性能。
步骤(4)具体包括：提供一超声波发生器4，超声波发生器4发出超声波，超声波以酸液作为传导介质，传导至裂片部12；裂片部12掉落，在待加工件上形成预定内槽。
超声波发生器4安装于酸液槽31上。
本实施例提供的超声加工系统，包括激光切割装置、固定装置、密封装置、酸液注入装置和超声波发生器4。
激光切割装置用于沿着预设轨迹对待加工件1进行激光切割，形成切割道11；切割道11将待加工件1分为裂片部12和固定部13，固定部13环绕裂片部12设置。
固定装置用于固定固定部13。
密封装置用于密封裂片部12，形成密封空间，裂片部12位于密封空间内。
酸液注入装置用于向密封空间内注入酸液。
超声波发生器4用于发出超声波，超声波用于振动裂片部12。
在本实施例中，激光切割装置包括超快激光器，超快激光器装设有贝塞尔切割头。
固定装置包括对称设置的两个夹具，两个夹具分别夹紧待加工件1的一端部。各夹具包括两个夹持部，待加工件1位于两个夹持部之间，两个夹持部关于待加工件1对称设置。
密封装置包括两个密封件21，两个密封件21关于裂片部12对称设置。各密封件21朝向裂片部12的一面上开设有腐蚀槽22，腐蚀槽22的槽口与切割道11对应。各密封件21分别连接有一密封驱动件，密封驱动件用于驱动密封件21朝靠近或远离待加工件1的方向移动。具体的，密封件21为橡胶密封件，密封效果好，对氢氟酸有良好的耐受性能。
酸液注入装置包括酸液槽31和若干酸液管道32，酸液管道32连通各密封腔的底部和酸液槽31的底部，使各密封腔和酸液槽31形成连通器。根据连通器，调节酸液槽31内酸液的液面高度，即可调节酸液在腐蚀槽22中的液面高度。
酸液注入装置还包括升降导轨33，升降导轨33滑动连接酸液槽31。升降导轨33上设有固定件，固定件用于将酸液槽31固定于升降导轨33上。升降导轨33上还设有升降驱动件，升降驱动件用于驱动酸液槽31在升降导轨33上移动。
超声波发生器4安装于酸液槽31上。
可以理解的是，在不影响本发明效果的前提下，为了提升效率，可以并行将多个待加工件1固定并密封，然后将振动的酸液后引入密封空间腐蚀裂片部12。
在本实施例中，硬脆材料为玻璃，待加工件1为玻璃片。可以理解的是，硬脆材料也可为宝石、晶体硅、硬质合金或陶瓷等硬度大且脆性大的材料。
本发明通过激光切割、酸液腐蚀和超声波振动的结合，可高效低成本地对硬脆材料进行加工，并使硬脆材料的切割边缘质量高。本发明通过密封裂片部12，定向地腐蚀裂片部12，节省酸液，并且通过少量的酸液传导超声波，能有效提高超声波的振动效率。通过酸液槽31的设计，便于调节酸液在密封空间内的液面高度，并且便于在酸液槽31中引出多条酸液管道32，同时对多个待加工件1进行腐蚀，提升效率。
本发明提供的超声加工方法及系统尤其适用于硬脆材料的内槽加工。现有的硬脆材料在进行内槽加工时，由于内槽的硬脆材料余料无法向周围散开，无法用CO2激光法等方法进行裂片。由于内槽无法裂片，现有的预定内槽加工方法，主要分以下两种。第一种用超快激光配合振镜的方式，一层一层向下切，逐层烧蚀，形成切缝，硬脆材料的边缘质量无法保证。第二种用CNC刀具反复多次磨削硬脆材料内部的方式，完成内槽的加工，这种磨削方式，用CNC内部开槽后，需要用CNC磨头反复多次磨削，逐级提升磨削精度，从而达到产品精度，这种方式效率低下，而且磨头消耗量较大，如果要提升产量，则需要配备大量的CNC磨床，成本较高。采用本发明提供的超声加工方法及系统，可高效快速地在硬脆材料上开设内槽，并且切割边缘质量高，所需设备简单，成本低廉。
本发明通过激光切割、酸液腐蚀和超声波振动的结合，可高效低成本地在待加工件1上开设硬脆材料，并使硬脆材料的切割边缘质量高。本发明通过密封裂片部12，定向地腐蚀裂片部12，节省酸液，并且通过少量的酸液传导超声波，能有效提高超声波的振动效率。通过酸液槽31的设计，便于调节酸液在密封空间内的液面高度，并且便于在酸液槽31中引出多条酸液管道32，同时对多个待加工件1进行腐蚀，提升效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种硬脆材料的超声加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
在待加工件上沿着预设轨迹进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部；
将所述裂片部密封，形成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内；
向所述密封空间内注入酸液，所述酸液腐蚀所述裂片部；
用超声波振动所述裂片部，所述裂片部从待加工件上掉落，完成裂片。
2.根据权利要求1所述的硬脆材料的超声加工方法，其特征在于，所述步骤：在待加工件上沿着预设轨迹进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，具体包括：
在待加工件上沿着预定内槽的轮廓进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，所述固定部环绕所述裂片部设置；
所述步骤：用超声波振动所述裂片部，所述裂片部从待加工件上掉落，完成裂片，具体包括：
用超声波振动所述裂片部，所述裂片部从待加工件上掉落，在待加工件上形成所述预定内槽。
3.根据权利要求1所述的硬脆材料的超声加工方法，其特征在于，所述步骤：在待加工件上沿着预设轨迹进行激光切割，形成切割道，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，所述固定部环绕所述裂片部设置，具体包括：
提供一激光切割装置；所述激光切割装置在待加工件上沿着预定内槽的轮廓进行激光切割，形成切割道；
所述切割道贯穿待加工件相对的两板面，所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部，所述固定部环绕所述裂片部设置；
其中，所述激光切割装置包括超快激光器，所述超快激光器装设有贝塞尔切割头。
4.根据权利要求1所述的硬脆材料的超声加工方法，其特征在于，所述步骤：将所述裂片部密封，形成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内，具体包括：
提供一固定装置和一密封装置；所述固定装置夹紧所述固定部，所述密封装置沿着所述切割道密封所述裂片部，形成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内；
其中，所述固定装置包括两个夹具，两个所述夹具分别夹紧待加工件的一端部；
所述密封装置包括两个密封件，两个所述密封件关于所述裂片部对称设置；各所述密封件朝向所述裂片部的一面上开设有腐蚀槽，所述腐蚀槽的槽口与所述切割道对应；各所述密封件分别连接有一密封驱动件，所述密封驱动件用于驱动所述密封件朝靠近或远离待加工件的方向移动。
5.根据权利要求4所述的硬脆材料的超声加工方法，其特征在于，所述步骤：提供一固定装置和一密封装置；所述固定装置夹紧所述固定部，所述密封装置沿着所述切割道密封所述裂片部，形成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内，具体包括：
两个所述夹具对应夹紧待加工件的两端部；所述密封驱动件驱动两个所述密封件朝靠近待加工件的方向移动进而夹紧待加工件，使所述裂片部被密封于两个所述腐蚀槽之间；
各所述腐蚀槽与所述裂片部分别组成一密封腔，两个所述密封腔组成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内。
6.根据权利要求5所述的硬脆材料的超声加工方法，其特征在于，所述步骤：向所述密封空间内注入酸液，所述酸液腐蚀所述裂片部，具体包括：
提供一酸液注入装置，所述酸液注入装置向所述密封空间内注入酸液，所述酸液腐蚀所述裂片部；
其中，所述酸液注入装置包括酸液槽和若干酸液管道，所述酸液管道连通各所述密封腔的底部和所述酸液槽的底部，使各所述密封腔和所述酸液槽形成连通器；所述酸液注入装置还包括升降导轨，所述升降导轨滑动连接所述酸液槽；
所述酸液为氢氟酸，所述密封件为耐氢氟酸腐蚀的橡胶密封件。
7.根据权利要求6所述的硬脆材料的超声加工方法，其特征在于，所述步骤：提供一酸液注入装置，所述酸液注入装置向所述密封空间内注入酸液，所述酸液腐蚀所述裂片部，具体包括：
向所述酸液槽中注入酸液，调节所述酸液槽在所述升降导轨上的位置，使所述酸液槽中的酸液液面高于所述密封件的顶面，或者与所述密封件的顶面平齐；所述酸液通过所述酸液管道流入所述密封空间，包围并腐蚀所述裂片部。
8.根据权利要求6所述的硬脆材料的超声加工方法，其特征在于，所述步骤：用超声波振动所述裂片部，所述裂片部从待加工件上掉落，完成裂片，具体包括：
提供一超声波发生器，所述超声波发生器发出超声波，所述超声波以所述酸液作为传导介质，传导至所述裂片部；所述裂片部从待加工件上掉落，完成裂片；
其中，所述超声波发生器安装于所述酸液槽上。
9.一种硬脆材料的超声加工系统，其特征在于，包括激光切割装置、固定装置、密封装置、酸液注入装置和超声波发生器。
所述激光切割装置用于沿着预设轨迹对待加工件进行激光切割，形成切割道；所述切割道将待加工件分为裂片部和固定部；
所述固定装置用于固定所述固定部；
所述密封装置用于密封所述裂片部，形成密封空间，所述裂片部位于所述密封空间内；
所述酸液注入装置用于向所述密封空间内注入酸液；
所述超声波发生器用于发出超声波，所述超声波用于振动所述裂片部。
10.根据权利要求9所述的硬脆材料的超声加工系统，其特征在于，所述固定部环绕所述裂片部设置；所述激光切割装置包括超快激光器，所述超快激光器装设有贝塞尔切割头；
所述固定装置包括对称设置的两个夹具，两个所述夹具分别夹紧待加工件的一端部；各所述夹具包括两个夹持部，待加工件位于两个所述夹持部之间，两个所述夹持部关于待加工件对称设置；
所述密封装置包括两个密封件，两个所述密封件关于所述裂片部对称设置；各所述密封件朝向所述裂片部的一面上均开设有腐蚀槽，所述腐蚀槽的槽口与所述切割道对应；各所述密封件分别连接有一密封驱动件，所述密封驱动件用于驱动所述密封件朝靠近或远离待加工件的方向移动；
所述酸液注入装置包括酸液槽和若干酸液管道，所述超声波发生器安装于所述酸液槽上；所述酸液为氢氟酸，所述密封件为耐氢氟酸腐蚀的橡胶密封件；
所述酸液管道连通各所述密封腔的底部和所述酸液槽的底部，使各所述密封腔和所述酸液槽形成连通器；所述酸液注入装置还包括升降导轨，所述升降导轨滑动连接所述酸液槽；
所述升降导轨上设有固定件，所述固定件用于将所述酸液槽固定于所述升降导轨上；所述升降导轨上还设有升降驱动件，所述升降驱动件用于驱动酸液槽在所述升降导轨上移动。
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