CN112975121A - 防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法，将钢材待加工件置于油盒中，然后将油液加入油盒中，使油液完全没过钢材待加工件的待加工表面，再使用激光打标机在浸没于油液中的钢材待加工件的待加工表面上加工微织构。本发明将待加工钢材完全浸润在油中进行激光加工，在加工过程中，钢材表面微织构形貌会因油的保护避免被熔渣损伤，能够保证激光加工后微织构的形貌精度，对于一些表面要求较高的领域，比如精密加工、疏水和亲水表面制造等领域有着重要意义。

Description

防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法
技术领域
本发明属于材料表面形貌机械加工技术领域，特别涉及一种钢防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法。
背景技术
在钢材表面开设微织构在机械加工中有着重要的应用。微织构有着优异的减摩性能，有助于动压润滑油膜的形成，从而增加润滑，减小摩擦。同时，一些微织构具有超疏水或超亲水的性能，能使液滴在表面进行定向自驱动。当前的微织构表面加工中，激光光刻与简单的机械加工、喷丸、沉积法、化学腐蚀法等相比有着加工精度较高、较容易控制加工形貌、工序与原料较为简单等优点，但会在一定程度上因激光加工过程飞溅出熔渣对工件表面造成损伤，从而影响表面的光洁度。
目前还没有任何有关于钢材表面激光加工防熔渣飞溅的加工方法。如申请号为2020100257529(授权公告号为CN111136383A，授权公告日为2020年5月12日)的专利公开了一种冷挤压模具表面超快激光微织构自润滑方法，该发明首先分析冷挤压模具成形时不同区域的金属流动状态和应力分布；然后，在金属流动阻力较大的区域设计密度较高的微织构，在金属流动阻力较小的区域设计密度较低的微织构；再根据设计好的织构形貌参数，采用超快激光加工设备制备织构化图案；最后采用氯丁橡胶作为润滑剂填充工具，在氯丁橡胶和模具织构化区域涂敷按一定比例配制的复合固体润滑剂，在压力机的作用下，通过橡胶发生膨胀变形挤压模具表面，使复合润滑剂挤入微织构中，实现模具表面的润滑性能优化分布。该发明使用超快激光设备制备微织构，并填充复合固体润滑剂，以改善金属流动状态，提高模具使用寿命和成形件质量，但该发明没有对加工过程中产生的熔渣对微织构形貌的影响进行预防，会在一定程度上影响工件表面精度。再如申请号为201810334826X(授权公告号为CN110385520A，授权公告日为2019年10月29日)的专利公开了激光微织构304不锈钢表面疏水性微细电解复合加工工艺，该专利是将激光直写微织构304不锈钢疏水性与微细电解加工相结合，提出了304不锈钢激光微织构化与微细电解复合加工工艺，激光在304不锈钢表面上直写微织构，放置空气中，微织构使304不锈钢表面微织构图案从亲水性转化为疏水性，使微织构图案区域的不锈钢表面耐腐蚀性增加，再利用电解加工快速溶解非微织构区域的材料，实现微细电解的定域加工，可同时加工多个304不锈钢样件，有效提高了复合加工精度，具有更好的抗腐蚀能力，加工工艺简单，加工效率高；但该工艺也没有防止熔渣飞溅损伤表面的工序，不能保证微织构表面形貌的精度。
发明内容
本发明针对目前钢材表面微织构激光加工制造熔渣飞溅影响表面形貌的问题，提供一种防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法，是一种全新的加工方式。
本发明防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法，具体如下：
步骤一、将油盒置于激光打标机的工作台上。
步骤二、将钢材待加工件置于油盒中。
步骤三、将油液加入油盒中，使油液完全没过钢材待加工件的待加工表面。
步骤四、使用激光打标机在浸没于油液中的钢材待加工件的待加工表面上加工微织构。
优选地，所述的钢材待加工件放入油盒之前先进行预加工处理，预加工处理具体为尺寸加工和待加工表面的光整加工。
优选地，所述的油液采用机油、齿轮油或液压油。
优选地，所述的步骤四具体如下：
①设置激光打标机的加工区域大小、微织构图形以及微织构图形分布规律；然后，开启激光打标机，激光打标机的加工区域红圈透过油液照射在钢材待加工件上；最后，将钢材待加工件的待加工区域置于激光打标机的加工区域红圈内。
②使激光打标机执行激光加工动作，从而激光打标机按照设置的微织构图形以及微织构图形分布规律在钢材待加工件的待加工区域加工出微织构。
优选地，所述的步骤②中，激光打标机按照设置的微织构图形以及微织构图形分布规律分n层加工出微织构，每层只加工出微织构的1/n深度，n≥5。
本发明具有的有益效果：
本发明将待加工钢材完全浸润在油中进行激光加工，在加工过程中，钢材表面微织构形貌会因油的保护避免被熔渣损伤，能够保证激光加工后微织构的形貌精度，对于一些表面要求较高的领域，比如精密加工、疏水和亲水表面制造等领域有着重要意义。
附图说明
图1为本发明使用激光打标机对被油盒中油液覆盖的钢材待加工件进行加工的示意图。
图2为钢材待加工件未加入油液工况下使用激光打标机加工后的微结构形貌示意图。
图3为本发明在钢材待加工件覆盖油液工况下使用激光打标机加工后的微结构形貌示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法，具体步骤如下：
步骤一、将油盒1置于激光打标机4的工作台上。
步骤二、如图1所示，将钢材待加工件2置于油盒1中。
步骤三、如图1所示，将油液3加入油盒中，使油液完全没过钢材待加工件2的待加工表面。
步骤四、使用激光打标机4在浸没于油液中的钢材待加工件2的待加工表面上加工微织构。
作为一个优选实施例，钢材待加工件2放入油盒1之前先进行预加工处理，预加工处理具体为尺寸加工和待加工表面的光整加工。
作为一个优选实施例，油液3采用机油、齿轮油或液压油。
作为一个优选实施例，步骤四具体如下：
①设置激光打标机4的加工区域大小、微织构图形以及微织构图形分布规律；然后，开启激光打标机4，激光打标机4的加工区域红圈透过油液照射在钢材待加工件2上；最后，将钢材待加工件2的待加工区域置于激光打标机4的加工区域红圈内。
②使激光打标机执行激光加工动作，从而激光打标机按照设置的微织构图形以及微织构图形分布规律在钢材待加工件2的待加工区域加工出微织构。
作为一个优选实施例，步骤②中，激光打标机按照设置的微织构图形以及微织构图形分布规律分n层加工出微织构，每层只加工出微织构的1/n深度，n≥5，从而在覆盖油液3的基础上，进一步避免激光功率过高损伤激光加工后的微织构表面形貌。
下面对比钢材待加工件2在未加入油液与被油液覆盖两种工况下使用激光打标机加工微织构后的微织构形貌：
如图2所示，钢材待加工件2在未加入油液工况下使用激光打标机加工微织构时，钢材待加工件2在加工后的微织构形貌周围会因熔渣而形成突起且超过合理范围，影响了微织构形貌的精度以及材待加工件2的表面粗糙度。如图3所示，钢材待加工件2在被油液覆盖工况下使用激光打标机加工微织构时，加工后的微织构形貌得到了很好的保护，微织构形貌周围的突起处于合理范围，从而达到防止熔渣对微织构形貌造成影响。
可见，本发明将油液覆盖在钢材待加工件2表面，再使用激光打标机在钢材待加工件2表面加工微织构，对加工后的微织构形貌起到显著保护效果，且对加工后的钢材待加工件2表面粗糙度起到显著改善效果。

Claims (5)

1.防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法，其特征在于：该方法具体如下：
步骤一、将油盒置于激光打标机的工作台上；
步骤二、将钢材待加工件置于油盒中；
步骤三、将油液加入油盒中，使油液完全没过钢材待加工件的待加工表面；
步骤四、使用激光打标机在浸没于油液中的钢材待加工件的待加工表面上加工微织构。
2.根据权利要求1所述防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法，其特征在于：所述的钢材待加工件放入油盒之前先进行预加工处理，预加工处理具体为尺寸加工和待加工表面的光整加工。
3.根据权利要求1所述防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法，其特征在于：所述的油液采用机油、齿轮油或液压油。
4.根据权利要求1所述防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法，其特征在于：所述的步骤四具体如下：
①设置激光打标机的加工区域大小、微织构图形以及微织构图形分布规律；然后，开启激光打标机，激光打标机的加工区域红圈透过油液照射在钢材待加工件上；最后，将钢材待加工件的待加工区域置于激光打标机的加工区域红圈内；
②使激光打标机执行激光加工动作，从而激光打标机按照设置的微织构图形以及微织构图形分布规律在钢材待加工件的待加工区域加工出微织构。
5.根据权利要求4所述防熔渣飞溅的钢材表面微织构激光加工方法，其特征在于：所述的步骤②中，激光打标机按照设置的微织构图形以及微织构图形分布规律分n层加工出微织构，每层只加工出微织构的1/n深度，n≥5。
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