CN109366017A - 一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法 - Google Patents

一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109366017A
CN109366017A CN201811340209.7A CN201811340209A CN109366017A CN 109366017 A CN109366017 A CN 109366017A CN 201811340209 A CN201811340209 A CN 201811340209A CN 109366017 A CN109366017 A CN 109366017A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid nitrogen
laser
energy
punching
punctured
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.)
Pending
Application number
CN201811340209.7A
Other languages
English (en)
Inventor
任旭东
王佳波
焦加飞
杨宇
童照鹏
周王凡
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.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
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 Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201811340209.7A priority Critical patent/CN109366017A/zh
Publication of CN109366017A publication Critical patent/CN109366017A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/703—Cooling arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明涉及一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法，包括激光打孔系统、液氮冷却系统、光能回收利用系统与PLC控制系统，本发明采用平行激光通过导光分光系统进行激光加工。待加工金属薄板固定在三维移动平台上，三维移动平台可以通过PLC控制系统来控制其位移方向和速度。在加工过程中采用液氮冷却系统来对加工后的孔进行快速降温，同时，采用光能电池板对加工时产生的光污染进行回收利用。本发明可以用来提高激光打孔的质量，消除因加工受热而产生的微裂纹及变形等技术缺陷。

Description

一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法
技术领域
本发明属于激光加工制造领域，尤其涉及一种针对金属板材的高效激光打孔的装置与方法。
背景技术
激光打孔是指激光经聚焦后作为高强度热源对材料进行加热，使激光作用区内材料熔化或汽化继而蒸发，从而形成孔洞的激光加工过程。目前现有的激光打孔技术主要使用连续激光，工作原理是激光器输出连续激光，在基板上沿需要打孔的边缘区域进行高温聚焦，进行材料消熔，实现打孔。
激光打孔效率高，但由于激光加工属热加工范畴，加工时产生的高温会对孔加工产生影响，产生残余应力和微裂纹等缺陷，严重影响了打孔质量。对于金属薄板材料，如果受热不均，很容易产生变形、翘曲，致使涂层从基材表面脱落，影响其使用性能。同时长时间激光加工产生的光污染会对实验人员的身体造成损伤，同时产生的光污染也是一种能源的浪费，为此需要针对以上问题做出相应的解决方案。
发明内容
本发明目的在于提供一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法，用来提高激光打孔的质量，消除因加工受热而产生的微裂纹及变形等技术缺陷。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置，包括待打孔工件，所述待打孔工件固定安装在三维移动平台上，所述待打孔工件上方设有激光打孔系统，所述待打孔工件周围安装有喷嘴，所述喷嘴通过真空保温绝热管与液氮储罐连接。
上述方案中，所述三维移动平台固定安装有光能电池板，所述待打孔工件上安装有红外测温仪，所述光能电池板产生的电能用于供所述红外测温仪使用。
上述方案中，所述激光打孔系统包括激光发生器、扩束镜、全反镜和聚焦透镜，所述扩束镜用来将激光发生器发出的入射激光扩展成平行激光束，所述全反镜用来将所述扩束镜发出的平行单方向激光束转为竖直向下的激光束，并经过聚焦透镜作用照射到所述待打孔工件上。
上述方案中，所述真空保温绝热管通过夹具固定安装在所述光能电池板上。
上述方案中，所述真空保温绝热管上安装有二次深冷器，所述真空保温绝热管和所述液氮储罐之间安装有液氮控制阀。
上述方案中，所述三维移动平台、所述红外测温仪、所述激光发生器、所述液氮控制阀和所述二次深冷器均与PLC控制系统连接。
本发明还提供一种利用节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置进行激光打孔的方法，包含以下步骤：A、将待打孔工件装夹在三维移动平台16上；B、启动PLC控制系统，三维移动平台按照预先设置的打孔轨迹移动，液氮冷却和激光打孔同时在打孔工件上进行，光能电池板源源不断的将光能转化为电能输送给红外测温仪； C、打孔加工完成后,关闭所有装置，取出加工零件，并对工作台进行清理。
本发明的有益效果: （1）采用液氮冷却系统，在每次孔加工完成后对孔进行快速冷却，极大降低了激光加工产生的高温对加工质量的影响，提高了加工孔的表面质量和减少了变形和微裂纹的发生。（2）光电回收利用系统不仅对激光加工产生的光污染进行回收利用，节约了成本，还将光污染与工作人员隔离，极大降低了光污染对工作人员身体健康的损伤。（3）本发明可直接通过简单的链接方式改装附加在激光设备系统上，适应性强。
附图说明
图1为本发明装置的结构原理图。
图2为本发明光能电池板的俯视图。
图中：1.液氮储罐，2.数据线，3.PLC控制系统，4.液氮控制阀，5.真空保温绝热管，6.激光发生器，7.二次深冷器，8.扩束镜，9.全反镜，10.聚焦透镜，11.喷嘴，12.夹具，13.待打孔工件，14.光能电池板，15.红外测温仪，16. 三维移动平台。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本实施例提供的利用节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置包括激光打孔系统、液氮冷却系统和光电回收利用系统，待打孔工件13固定在三维移动平台16上，所述激光打孔系统包括激光发生器6、扩束镜8、全反镜9和聚焦透镜10。扩束镜8用来将入射激光扩展成平行激光束。全反镜9将平行单方向激光束转为竖直向下的激光束，经过聚焦透镜10作用到待打孔工件13。所述液氮冷却系统包括液氮储罐1、液氮控制阀4、真空保温绝热管5、二次深冷器7、红外测温仪15、夹具12和喷嘴11。三维移动平台16、红外测温仪15、激光发生器6、液氮控制阀4和二次深冷器7均通过数据线2与PLC控制系统3连接。夹具12用来将真空保温绝热管5固定在光能电池板14上，进而固定喷嘴11的位置。红外测温仪15用来测量加工区域的温度，并反馈到PLC控制系统3，PLC控制系统3与设置温度对比后控制液氮控制阀4，二次深冷器7可进一步深冷液氮，确保液氮到达出口前为液体。所述光电回收利用系统包括光能电池板14。光能电池板14用来吸收激光加工时产生的光污染，将光污染与工作人员隔离，极大降低了光污染对人的危害，并将产生的电能提供给红外测温仪15供电。
本实施例中，所述红外测温仪15放置于所述待打孔工件13上，且在不影响激光打工加工的情况下尽可能靠近加工区域。所述光能电池板14固定在三维移动平台16上，将加工区域限制于所述光能电池板14吸收范围内，保证光污染的有效回收利用。所述光能电池板产生的电能输送到所述红外测温仪15，保证所述红外测温仪的正常工作。所述液氮冷却系统是在所述PLC控制系统3控制下，在每次激光打孔后对所打的孔进行快速冷却。
本实施例提供的一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的方法，包含以下步骤：A、将待打孔工件13装夹在三维移动平台16上；B、启动PLC控制系统3，三维移动平台16按照预先设置的打孔轨迹移动，激光打孔和液氮冷却先后在打孔工件13上进行，同时光能电池板14源源不断的将光能转化为电能输送给红外测温仪15； C、打孔加工完成后,关闭所有装置，取出加工零件，并对工作台进行清理。

Claims (7)

1.一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置，包括待打孔工件（13），其特征在于，所述待打孔工件（13）固定安装在三维移动平台（16）上，所述待打孔工件（13）上方设有激光打孔系统，所述待打孔工件（13）周围安装有喷嘴（11），所述喷嘴（11）通过真空保温绝热管（5）与液氮储罐（1）连接。
2.根据权利要求1所述的一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置，其特征在于，所述三维移动平台（16）固定安装有光能电池板（14），所述待打孔工件（13）上安装有红外测温仪（15），所述光能电池板（14）产生的电能用于供所述红外测温仪（15）使用。
3.根据权利要求2所述的一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置，其特征在于，所述激光打孔系统包括激光发生器（6）、扩束镜（8）、全反镜（9）和聚焦透镜（10），所述扩束镜（8）用来将激光发生器（6）发出的入射激光扩展成平行激光束，所述全反镜（9）用来将所述扩束镜（8）发出的平行单方向激光束转为竖直向下的激光束，并经过聚焦透镜（10）作用照射到所述待打孔工件13上。
4.根据权利要求2或3所述的一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置，其特征在于，所述真空保温绝热管（5）通过夹具（12）固定安装在所述光能电池板（14）上。
5.根据权利要求3所述的一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置，其特征在于，所述真空保温绝热管（5）上安装有二次深冷器（7），所述真空保温绝热管（5）和所述液氮储罐（1）之间安装有液氮控制阀（4）。
6.根据权利要求5所述的一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置，其特征在于，所述三维移动平台（16）、所述红外测温仪（15）、所述激光发生器（6）、所述液氮控制阀（4）和所述二次深冷器（7）均通过数据线（2）与PLC控制系统（3）连接。
7.一种利用权利要求6所述的节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置进行激光打孔的方法，包含以下步骤：A、将待打孔工件（13）装夹在三维移动平台（16）上；B、启动PLC控制系统（3），三维移动平台（16）按照预先设置的打孔轨迹移动，激光打孔和液氮冷却先后在打孔工件（13）上进行，同时光能电池板（14）源源不断的将光能转化为电能输送给红外测温仪（15）； C、打孔加工完成后,关闭所有装置，取出加工零件，并对工作台进行清理。
CN201811340209.7A 2018-11-12 2018-11-12 一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法 Pending CN109366017A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811340209.7A CN109366017A (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811340209.7A CN109366017A (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109366017A true CN109366017A (zh) 2019-02-22

Family

ID=65384255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811340209.7A Pending CN109366017A (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109366017A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113681189A (zh) * 2021-09-02 2021-11-23 广州思宇雅网络科技有限公司 一种具有防护功能的焊接设备
US20240042552A1 (en) * 2022-03-08 2024-02-08 Jiangsu University Stress and texture morphology controlling method for preparing super-hydrophobic surface of aluminum alloy by laser etching

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103143586A (zh) * 2013-03-06 2013-06-12 佛山市三水凤铝铝业有限公司 一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法及装置
CN103219919A (zh) * 2012-01-18 2013-07-24 王广武 激光照射光电或光热转换装置及方法
CN103618017A (zh) * 2013-09-13 2014-03-05 汤勇 一种激光电池
CN105149797A (zh) * 2015-07-28 2015-12-16 武汉天琪激光设备制造有限公司 一种用于金属板打孔的激光打孔机
CN105702763A (zh) * 2016-04-15 2016-06-22 武汉锦隆工程技术有限公司 一种光电池板及激光供电设备
CN105750468A (zh) * 2016-05-20 2016-07-13 武汉理工大学 一种汽车前轴辊锻模具的液氮冷却装置及方法
CN107234347A (zh) * 2017-07-19 2017-10-10 江苏大学 一种激光辅助加热飞秒脉冲激光打孔装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103219919A (zh) * 2012-01-18 2013-07-24 王广武 激光照射光电或光热转换装置及方法
CN103143586A (zh) * 2013-03-06 2013-06-12 佛山市三水凤铝铝业有限公司 一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法及装置
CN103618017A (zh) * 2013-09-13 2014-03-05 汤勇 一种激光电池
CN105149797A (zh) * 2015-07-28 2015-12-16 武汉天琪激光设备制造有限公司 一种用于金属板打孔的激光打孔机
CN105702763A (zh) * 2016-04-15 2016-06-22 武汉锦隆工程技术有限公司 一种光电池板及激光供电设备
CN105750468A (zh) * 2016-05-20 2016-07-13 武汉理工大学 一种汽车前轴辊锻模具的液氮冷却装置及方法
CN107234347A (zh) * 2017-07-19 2017-10-10 江苏大学 一种激光辅助加热飞秒脉冲激光打孔装置及方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113681189A (zh) * 2021-09-02 2021-11-23 广州思宇雅网络科技有限公司 一种具有防护功能的焊接设备
US20240042552A1 (en) * 2022-03-08 2024-02-08 Jiangsu University Stress and texture morphology controlling method for preparing super-hydrophobic surface of aluminum alloy by laser etching
US12017302B2 (en) * 2022-03-08 2024-06-25 Jiangsu University Stress and texture morphology controlling method for preparing super-hydrophobic surface of aluminum alloy by laser etching

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107199251B (zh) 一种激光清洗装置
CN106475680B (zh) 一种采用激光拆解夹层内oca光学胶的方法
CN105563328A (zh) 一种基于飞秒激光机器人磨抛系统及磨抛方法
CN109366017A (zh) 一种节能型液氮冷却辅助激光打孔的装置与方法
CN105033462A (zh) 一种热辅助激光喷丸成形方法与装置
JP6500917B2 (ja) 脆性材料の切断方法、脆性材料の切断装置、切断脆性材料の製造方法及び切断脆性材料
JPWO2010101060A1 (ja) ワークの薄膜加工方法及び薄膜加工装置
CN106271662A (zh) 多轴高能粒子束熔覆及铣削加工复合打印装置
CN105081564A (zh) 一种强化玻璃内形孔的加工方法及加工设备
CN103464909A (zh) 激光-高频复合焊接装置及其焊接方法
CN102319960A (zh) 超短脉冲激光制作金属薄膜群孔的装置及其方法
CN207013386U (zh) 一种航空发动机钛合金零部件氧化层的激光清洗装置
CN106238912A (zh) 一种激光冲击焊接装置及其方法
CN112371653A (zh) 一种去除钛合金表面氧化皮的激光清洗方法
CN102423875A (zh) 基于激光辅助加热的超高压水射流板材渐进加工喷头及其应用
CN113732519A (zh) 一种铝合金飞机蒙皮激光除漆工艺参数设计方法
CN104923926B (zh) 一种发泡辅助的金属片激光精密打孔装置
CN105817517A (zh) 一种薄壁管件局部胀形的激光冲击装置及方法
CN202185678U (zh) 超短脉冲激光制作金属薄膜群孔的装置
CN109822221A (zh) 一种千瓦级大功率可移动式激光清洗系统
CN203484734U (zh) 不锈钢开槽装置
CN110177891A (zh) 取向电工钢板的磁畴细化方法及其装置
CN219274974U (zh) 一种用于焊接机的物品固定夹持装置
CN204893414U (zh) 一种激光熔覆及焊接设备
CN114939741B (zh) 涡轮叶片气膜冷却孔超声射流辅助飞秒激光旋切复合加工装备及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190222