CN113996952A - 一种发动机微型油滤网的超快激光切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机微型油滤网的超快激光切割方法，主要解决传统激光切割方法生产效率低、微孔质量稳定性差的技术问题。本发明公开的切割方法为：首先依据微型油滤网的外轮廓及其尺寸进行加工工装的设计；然后依据微孔尺寸、微孔位置分布情况及外轮廓尺寸，进行激光切割路径的设计及切割参数的匹配；接着利用皮秒激光切割机进行微孔及部分外轮廓的切割；最后利用毫秒激光切割机的CCD影像系统对油滤网外轮廓预留的未切割处进行识别，并进行外轮廓的切断工作，进而实现微型油滤网的超快激光切割加工。

Description

一种发动机微型油滤网的超快激光切割方法

技术领域

本发明涉及金属带材或者箔材激光加工方法，尤其涉及一种发动机微型油滤网的超快激光切割方法。

背景技术

微型油滤网广泛应用于航空航天、汽车、石油化工领域，安装于发动机、阀门、管路系统中，兼具杂质过滤和流量控制的作用。微型油滤网的微孔在厚度为0.1mm～0.3mm的钛带或者不锈钢带上等间距分布，微孔的尺寸及数量根据流量大小、过滤杂质颗粒大小以及系统结构差异各不相同，尺寸直径范围大约为Φ0.15mm～Φ0.3mm，数目从数十到数千不等。为了保证微型油滤网的使用性能，微孔的尺寸精度、位置精度以及孔壁、孔边缘光洁度均有严格要求。

目前广泛应用的微型油滤网的加工方法为传统脉冲激光切割，但是，随着油滤网设计复杂性的提高，传统加工工艺存在以下问题：

1)微孔激光加工通过机床X轴、Y轴的相对运动实现，运动速率为数百毫米每分钟，由于微孔尺寸及各孔的间距均较小，机床工作轴的频繁往复运动导致产品的切割效率较低，同时对设备的损耗较大；

2)脉冲激光器的脉冲宽度为毫秒量级，当激光作用在材料表面时，金属受热发生热传导，熔化、凝固后从基体材料上掉落并被高压气体吹除，这样必然会在微孔出入口表面以及微孔内壁形成金属熔瘤状态的毛刺，因此激光切割后需采用人工机械和酸洗的方式分别去除表面和微孔内壁的毛刺，导致生产效率低下，微孔形貌状态一致性不佳，同时对操作人员的身体健康存在一定的危害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机微型油滤网的超快激光切割方法，主要解决传统激光切割生产效率低、微孔质量稳定性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种发动机微型油滤网的超快激光切割方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

步骤1)加工工装的设计

依据微型油滤网的外轮廓及尺寸设计加工工装，所述加工工装包括原材料放置台及与原材料放置台固定连接的法兰；所述原材料放置台采用中心位置为单一凹槽、周边位置均布多个圆孔的结构，其中，所述单一凹槽的形状与待加工油滤网的形状保持一致；所述圆孔的位置避开单一凹槽，位于原材料放置台上，并围绕单一凹槽呈中心对称样式分布；所述法兰用于通过螺栓将加工工装与皮秒激光切割机的工作台面固定连接；所述加工工装能够实现加工过程中原材料的平整吸附；所述待加工油滤网即为最终切割完成的油滤网。

步骤2)激光切割路径的设计

依据微型油滤网的微孔尺寸、微孔位置分布及外轮廓尺寸的要求，进行单个微孔切割路径设计、整体微孔路径排布设计及油滤网外轮廓切割路径设计，其中，各个路径的设计无先后顺序。

2.1)单个微孔切割路径设计原则为，采用制图软件绘制微孔的粗加工路径L₁和精加工路径L₂，切割顺序为先进行粗加工路径L₁切割，再进行精加工路径L₂切割；

2.2)整体微孔路径排布设计原则为，多个微孔有效间隔、中心对称、分割设计，保证油滤网的尺寸精度和位置精度；

2.3)油滤网外轮廓切割路径设计原则为，油滤网外轮廓切割路径需在其外轮廓基础上预留未切割处，未切割处的宽度为W，外轮廓切割路径形成效果为带有缺口的多段线的组合；所述W的取值范围为0.1mm～0.3mm时，可以保证切割的精度；

步骤3)激光切割参数的匹配设计

依据步骤2)所述路径设计进行工艺参数的匹配设计，所述工艺参数包括激光功率、脉冲频率、扫描速率及路径加工次数；

步骤4)皮秒激光切割机工艺参数集的设定

利用步骤2)的路径设计及步骤3)匹配的工艺参数在皮秒激光切割机上进行工艺参数集的设定；

步骤5)油滤网微孔及部分外轮廓的激光切割

5.1)将油滤网原材料放置于步骤1)设计的加工工装上，所述油滤网原材料需完全覆盖加工工装的原材料放置台(1)；

5.2)采用皮秒激光切割机按照设定的工艺参数集，首先进行油滤网的微孔切割，然后进行部分外轮廓的切割加工，得到油滤网半成品；

步骤6)油滤网外轮廓的激光切割

6.1)将步骤5)得到的油滤网半成品，采用毫秒激光切割机的CCD影像系统对油滤网外轮廓预留的未切割处进行识别；

6.2)采用毫秒激光切割机对外轮廓未切割处进行切割加工，进而完成微型油滤网的超快激光切割。

进一步地，步骤2.1)所述微孔的粗加工路径L₁的尺寸小于微孔的尺寸，精加工路径L₂的尺寸大于粗加工路径L₁的尺寸，该路径规划可以保证加工过程中各加工路径有序进行。

进一步地，所述微孔的精加工路径L₂包含至少4个不同扫描起始点且尺寸相同的精加工子路径L_2i，其中，i≥4，不同的扫描起始点以L₂的尺寸为基础均匀分布，扫描起始点的差异通过相位的差异进行设定，精加工子路径的设计可以保证微孔加工的精度满足预期要求。

进一步地，步骤2.3)具体为，所述油滤网外轮廓路径为包含一定宽度的多段线组合，其中，内侧多段线的尺寸依据油滤网外轮廓尺寸进行设定，激光切割路径的扫描顺序为由内到外。

进一步地，步骤4)具体为：

4.1)所述油滤网微孔的粗加工路径L₁的超快激光切割工艺参数为，激光功率40W～55W，脉冲频率75kHz～100kHz，扫描速率1m/s～1.5m/s，粗加工路径L₁的加工次数以激光切割参数与原材料的厚度进行匹配设定，保证粗加工路径L₁的通孔切割；

4.2)所述油滤网微孔的精加工路径L₂的超快激光切割工艺参数为：激光功率45W～60W，脉冲频率75kHz～100kHz，扫描速率0.1m/s～0.5m/s，精加工路径L₂的加工次数A为5～15次，每个精加工子路径L_2i的加工次数为a＝A/i_max，其中i_max为精加工子路径的个数；

4.3)所述油滤网外轮廓的超快激光切割工艺参数为：激光功率50W～60W，脉冲频率300kHz～500kHz，扫描速率0.7m/s～1.2m/s，外轮廓路径的加工次数以激光切割参数与原材料的厚度进行匹配设定。

进一步地，步骤1)中，所述原材料放置台的单一凹槽的尺寸大于待加工油滤网的尺寸；所述原材料放置台(1)的单一凹槽的深度为3mm～10mm，保证油滤网激光切割过程的散热和排除切屑；所述原材料放置台(1)的圆孔的直径尺寸选择Φ0.6mm～Φ1.2mm，保证原材料的平整吸附。

进一步地，步骤6)中，毫秒激光切割机的主要参数为：光圈2.5，电压230V～280V，脉冲宽度0.1ms～0.2ms，脉冲频率140Hz～180Hz，加工速度100mm/min～150mm/min，毫秒激光切割机参数随油滤网原材料厚度不同存在差异，但均属于上述范围内。

本发明的有益效果是：

1、本发明的激光切割方法微孔加工精度高。本发明采用皮秒激光切割机进行微孔的切割，皮秒激光具备超高的单脉冲能量，与金属作用时间远远小于热输入在材料中的热传导时间，可直接破坏原子晶格，二者的非线性作用能够实现微孔的高质量冷加工，进而保证微孔尺寸及内壁质量，产品的加工精度大大提高；

2、本发明的激光切割方法生产效率高。本发明的皮秒激光切割工艺采用扫描振镜光路调整使得激光束达到快速瞬时移动的效果，幅面的单次切割效率极高；同时，微孔孔口和孔壁不会产生金属熔瘤毛刺，采用本发明所述的切割工艺可以节省去毛刺的后处理工序，进而提升产品的生产效率。

3、本发明的激光切割方法有益于操作人员的职业健康。传统激光切割微孔后会在微孔内壁产生金属熔瘤，影响流量控制及杂质过滤效果，而孔壁的毛刺很难通过人工去除的方式清除干净，因此采用酸洗方式改善孔壁的粗糙度，酸洗溶液涉及硝酸、氢氟酸、硫酸、盐酸等，会对操作人员的职业健康造成一定程度的危害；本发明的皮秒激光切割工艺所加工的微孔内壁光洁，能够满足微型油滤网的使用要求，无需酸洗工序，有利于操作人员的身体健康。

4、本发明将加工工装固定在皮秒激光切割机上，加工工装采用真空引射原理，通过压强差将原材料平整吸附在加工工装上，可以有效保证油滤网的加工精度。

5、本发明对油滤网的整体微孔路径排布采用有效间隔、中心对称、分割设计的原则，从而保证在激光切割过程中，激光输入过程产生的热量不会对相邻微孔的切割造成风险，进而提高切割的精度。

附图说明

图1为本发明一种发动机微型油滤网的超快激光切割方法流程图；

图2为本发明一种发动机微型油滤网的超快激光切割方法中方形油滤网的结构示意图；

图3A为本发明一种发动机微型油滤网的超快激光切割方法中油滤网的加工工装剖视图；

图3B为图3A的加工工装的俯视图；

图4A为本发明的超快激光切割方法中油滤网微孔的局部示意图；

图4B为本发明的超快激光切割方法中油滤网微孔分布路径示意图(即图4A中Y处的局部放大图)；

图4B1为图4B的微孔分布路径①有效间隔示意图；

图4B2为图4B的微孔分布路径②有效间隔示意图；

图4B3为图4B的微孔分布路径③有效间隔示意图；

图4B4为图4B的微孔分布路径④有效间隔示意图；

图4C为本发明的超快激光切割方法中微孔分布路径②中心对称、分割设计的路径设计原则示意图；

图5为本发明的超快激光切割方法中油滤网外轮廓切割路径示意图；

图6A为本发明的超快激光切割方法中微孔的精加工子路径L₂₁起始点示意图(图中黑点为精加工子路径的扫描起始点)；

图6B本发明的超快激光切割方法中微孔的精加工子路径L₂₂起始点示意图；

图6C本发明的超快激光切割方法中微孔的精加工子路径L₂₃起始点示意图；

图6D本发明的超快激光切割方法中微孔的精加工子路径L₂₄起始点示意图。

图中：1-原材料放置台；2-法兰。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种发动机微型油滤网的超快激光切割方法进行详细的说明。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“精加工”、“粗加工”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

本实施例中，微型油滤网为圆形的纯钛产品，厚度为0.1mm，结合图1-图6D，具体切割加工过程如下：

步骤(1)，依据微型油滤网的外轮廓及尺寸设计一个加工工装(如图3A和图3B所示)，加工工装包括原材料放置台1和与原材料放置台1固定连接的法兰2，法兰2通过螺栓将加工工装与皮秒激光切割机的工作台面固定连接,其中，加工工装的关键性设计为原材料放置台1，原材料放置台1可以保证油滤网原材料在真空引射作用下与机床加工平台的平行度，原材料放置台1采用周边位置均布圆孔、中心位置单一凹槽的设计，其中，均布的圆孔位于原材料放置台1上且均为通孔，其避开单一凹槽，并围绕单一凹槽呈中心对称样式分布；本实施例中单一凹槽的形状为圆形，深度范围为3mm～5mm；单一凹槽的直径尺寸比待加工油滤网(即最终切割加工好的油滤网)的直径尺寸大，在待加工油滤网直径的基础上增加0.5mm～1.5mm，这样可以保证切割的精度及切割加工后的成品质量；当均布的圆孔的直径为Φ0.6mm～Φ0.8mm时，可以保证激光切割过程中的有效散热和切屑的顺利排出。加工工装采用真空引射原理，当有产品需要加工时，将产品的原材料放置在原材料放置台1上，通入气体，加工工装即可通过压强差将原材料平整吸附在加工工装的原材料放置台1上，为下一步的切割工作提供条件支撑。

步骤(2)依据微型油滤网的微孔尺寸、微孔位置分布及外轮廓尺寸的要求，进行单个微孔切割路径设计、整体微孔路径排布设计及油滤网外轮廓切割路径设计；

(2.1)单个微孔切割路径设计原则为：采用能够生成DXF矢量文件格式的制图软件绘制微孔的切割路径，其中先绘制微孔的粗加工路径L₁，用来保证微孔的穿透；再绘制微孔的精加工路径L₂，用来保证微孔的加工质量，加工顺序为先进行粗加工路径L₁的切割，再进行精加工路径L₂的切割，该种路径设计能够提升加工效率及微孔内壁的质量。激光切割粗加工路径时参数匹配以微孔穿透为目的，可采用较大的扫描速率提升加工效率；激光切割精加工路径时参数匹配则以保证微孔尺寸精度、形状规整度为目的，采用较小扫描速率进行精加工。

微孔的尺寸、微孔的粗加工路径L₁和精加工路径L₂三者之间的关系为：粗加工路径L₁尺寸略小于微孔尺寸；精加工路径L₂尺寸略大于粗加工路径L₁尺寸(一般二者之间的差异为0.01mm～0.02mm)，但与微孔尺寸没有对应关系；精加工路径L₂的尺寸设定根据微孔尺寸实测值进行反馈调整。本实施例中的微孔的粗加工路径L₁的尺寸较微孔尺寸小0.02mm～0.05mm。

为了有效地分散微孔加工过程中产生的热量，同时提高微孔的加工精度，微孔精加工路径L₂包含多个不同扫描起始点、但尺寸相同的精加工子路径L_2i，其中，i≥4，不同的子路径的扫描起始点以L₂的尺寸为基础均匀分布，扫描起始点的差异可以通过相位的差异进行设定。如图6A、图6B、图6C、图6D所示，本实施例中精加工路径L₂包含4个子路径，4个路径的起始点相位差异为π/2。

(2.2)整体微孔路径排布设计原则为：多个微孔的排布采用“有效间隔、中心对称、分割设计”的原则，该排布原则使得快速激光切割过程中热影响最小，从而保证油滤网的切割尺寸和位置精度。

首先对排布紧密的微孔进行分类，以达到激光输入热影响不会对相邻微孔的切割造成风险为目的，完成“有效间隔”的排布；如图4A、图4B、图4B1、图4B2、图4B3、图4B4所示，本实施例将整体微孔路径排布为4种路径，即路径①、②、③、④。

接着对分类后的微孔进行分割，并严格依据中心对称原则进行加工顺序的设定，即微孔的切割加工顺序依据图4C所示的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ进行切割。

(2.3)油滤网外轮廓切割路径设计原则为：如图5所示，油滤网外轮廓切割路径在其外轮廓基础上预留未切割处，未切割处的宽度为W，本实施例中未切割处的宽度W的取值范围为0.1mm～0.3mm。

步骤(3)，依据步骤2的路径设计进行匹配的工艺参数的设计，工艺参数包括激光功率、脉冲频率、扫描速率及加工次数。依据激光切割路径进行工艺参数的匹配设计，包括油滤网微孔的粗加工路径L₁、油滤网微孔的精加工路径L₂以及油滤网外轮廓加工路径的超快激光切割工艺参数，具体如下：

(3.1)微孔的粗加工路径L₁的激光切割功率为43W～47W，脉冲频率为75kHz～85kHz，扫描速率为1.2m/s～1.4m/s，粗加工路径L₁的加工次数以保证微孔能被穿透为目的进行设定，一般以激光切割参数与原材料厚度进行匹配设定，本实施例中粗加工路径L₁的加工次数为470～530次。

(3.2)微孔的精加工路径L₂激光切割功率为47W～53W，脉冲频率为75kHz～85kHz，扫描速率为0.2m/s～0.4m/s；精加工路径L₂的加工次数A一般为5～15次，每个精加工子路径L_2i的加工次数为a＝A/i_max，其中i_max为精加工子路径个数；本实施例中精加工路径L₂的加工次数为10～12次，每个子路径L_2i的加工次数为3～4次。

(3.3)油滤网外轮廓激光切割功率为50W～53W，脉冲频率为320kHz～370kHz，扫描速率为0.9m/s～1.1m/s，外轮廓路径的加工次数以激光切割参数与原材料厚度的匹配进行设定，本实施例中外轮廓路径的加工次数为370～420次。

步骤(4)，利用步骤(2)的路径设计及步骤(3)匹配的工艺参数在皮秒激光切割机上进行工艺参数集的设定。本步骤的路径规划为先进行微型油滤网的微孔切割，再进行油滤网的部分外轮廓切割。本步骤工艺参数集的设定需同时结合步骤(3)中的工艺参数取值范围来确定。

微孔切割的加工顺序结合图4B1-图4C进行说明，此实施例将微孔划分4个有效间隔的部分，以微孔②的加工顺序(即图4C所示)为例来进行说明，为了极大可能减少激光热输入的影响，微孔加工的设定顺序为：第一次粗加工路径L₁-Ⅰ(即左上)→第一次粗加工路径L₁-Ⅱ(即右下)→第一次粗加工路径L₁-Ⅲ(即左下)→第一次粗加工路径L₁-Ⅳ(即右上，后面依此类推)→第二次粗加工路径2L₁-Ⅰ→……→第N次粗加工路径NL₁-Ⅳ→第一次精加工路径L₂-Ⅰ(即左上)→第一次精加工路径L₂-Ⅱ(即右下)→第一次精加工路径L₂-Ⅲ(即左下)→第一次精加工路径L₂-Ⅳ(即右上，后面依此类推)→第二次精加工路径2L₂-Ⅰ→……→第M次精加工路径ML₂-Ⅳ。

步骤(5)，将油滤网原材料放置于步骤1)设计的加工工装上，油滤网原材料需完全覆盖加工工装的原材料放置台1；采用皮秒激光切割机按照设定的切割路径进行油滤网的微孔及部分外轮廓的切割加工(此处的部分外轮廓是指除预留的未切割处之外的外轮廓的其余部分)，得到圆形的油滤网半成品。

在此之前需提前采用毫秒激光切割机准备微型油滤网的原材料，具体方法是：将原材料放置于毫秒激光切割机的工作台面上，采用压板将原材料压平，进而保证原材料与毫秒激光切割机的工作台面的平行度，然后启动毫秒激光切割机切割出圆形的油滤网原材料，切割好的油滤网的原材料需完全覆盖加工工装的原材料放置台1。

毫秒激光切割机切割油滤网原材料的具体工艺参数为，光圈2.5，电压235V～255V，脉冲宽度0.12ms～0.14ms，脉冲频率140Hz～160Hz，加工速度120mm/min～140mm/min，此参数设置下毫秒激光切割机的工作效率及产品的加工质量较佳。为了方便工件的拿取，切割出的油滤网原材料的外轮廓尺寸比原材料放置台1尺寸大2mm～5mm，本实施例中使用的油滤网原材料的直径比原材料放置台1的外圆大2mm。待切割完成后，将切割出的油滤网原材料放置于原材料放置台1上，然后采用皮秒激光切割机按照提前设定的工艺参数集进行切割，采用步骤(4)设定的路径和工艺参数，提升了微孔的尺寸及内壁精度，避免了加工过程中因产生毛刺而增加的去毛刺和酸洗工序,从而提升了加工效率，此步骤加工的油滤网微孔的质量及精度可以达到预期要求，外轮廓部分仅剩之前预留的未切割宽度W。

步骤(6)，将步骤(5)中切割出的圆形油滤网半成品放置在毫秒激光切割机的工作台面上，采用压板进行压平，然后选择CCD影像系统对微型油滤网外轮廓轮廓未切割处进行识别，然后采用毫秒激光切割机对识别出的外轮廓未切割处再次进行切割加工，切割参数与本实施例步骤(5)中毫秒激光切割机的切割参数保持一致，从而完成圆形纯钛微型油滤网的超快激光切割。

实施例2

本实施例中，微型油滤网为方形的不锈钢产品(如图2所示)，厚度为0.3mm，具体切割加工过程如下：

步骤(1)，依据微型油滤网的外轮廓及尺寸设计一个加工工装，加工工装的设计方法与实施例1的步骤(1)相同，其中，均布的圆孔直径尺寸的范围为Φ1.0mm～Φ1.2mm，圆孔避开单一凹槽，位于原材料放置台1上，且围绕凹槽呈中心对称样式分布；本实施例中单一凹槽的形状为方形，深度范围为7mm～10mm；单一凹槽尺寸大于待加工油滤网的尺寸，四个边的边长均在待加工油滤网的单边边长的基础上增加0.5mm～1.5mm。

步骤(2)，依据微型油滤网的微孔尺寸、微孔位置分布及外轮廓尺寸进行激光切割路径的设计，包括单个微孔切割路径设计、整体微孔路径排布以及油滤网外轮廓切割路径设计，具体设计如下：

(2.1)单个微孔切割路径设计为：采用能够生成DXF矢量文件格式的制图软件先绘制微孔的粗加工路径L₁，L₁的尺寸较微孔尺寸小0.02mm～0.05mm；然后再绘制微孔的精加工路径L₂，精加工路径L₂的尺寸略大于粗加工路径L₁的尺寸，精加工路径L₂包含6个不同扫描起始点、尺寸一致的微孔精加工子路径，6个子路径的起始点相位差异为π/3。

(2.2)整体微孔路径排布设计为：微孔的排布采用“有效间隔、中心对称、分割设计”的原则。先对排布紧密的微孔进行分类，以达到激光输入热影响不会对相邻微孔的切割造成风险为目的，完成“有效间隔”的排布；接着对分类后的微孔进行分割，并严格依据中心对称原则进行加工顺序的设定。

(2.3)油滤网外轮廓切割路径设计为：油滤网外轮廓上预留未切割处，未切割处预留在轮廓某一边的中心位置，未切割处预留的宽度W选择范围为0.2mm～0.3mm。

步骤(3)，依据步骤(2)的路径设计进行工艺参数的匹配设计，依据激光切割路径进行工艺参数的匹配设计，微孔的粗加工路径L₁的激光切割功率为48W～52W，脉冲频率为80kHz～90kHz，扫描速率为1.0m/s～1.2m/s，加工次数为1000～1100次；

微孔的精加工路径L₂激光切割功率为53W～57W，脉冲频率为80kHz～90kHz，扫描速率为0.1m/s～0.2m/s，加工次数为8～10次，单个子路径的加工次数为1～2次；

外轮廓激光切割功率为53W～57W，脉冲频率为370kHz～420kHz，扫描速率为0.7m/s～1.0m/s，加工次数为700～900次。

步骤(4)，将步骤(2)中设计的路径及步骤(3)中匹配的工艺参数设定在皮秒激光切割机上。本步骤的路径规划为先进行微型油滤网的微孔切割，再进行油滤网的外轮廓切割。微孔的切割顺序具体为(参照图4C)：第一次粗加工路径L₁-Ⅰ(即左上)→第一次粗加工路径L₁-Ⅱ(即右下)→第一次粗加工路径L₁-Ⅲ(即左下)→第一次粗加工路径L₁-Ⅳ(即右上，后面依此类推)→第二次粗加工路径2L₁-Ⅰ→……→第N次粗加工路径NL₁-Ⅳ→第一次精加工路径L₂-Ⅰ(即左上)→第一次精加工路径L₂-Ⅱ(即右下)→第一次精加工路径L₂-Ⅲ(即左下)→第一次精加工路径L₂-Ⅳ(即右上，后面依此类推)→第二次精加工路径2L₂-Ⅰ→……→第M次精加工路径ML₂-Ⅳ。

步骤(5)，将用毫秒激光切割机切割好的方形油滤网原材料放置于步骤(1)设计的加工工装上，油滤网原材料需完全覆盖加工工装的原材料放置台；本实施例中毫秒激光切割机的工艺参数为：光圈2.5，电压为260V～280V，脉冲宽度为0.14ms～0.18ms，脉冲频率为150Hz～170Hz，加工速度110mm/min～130mm/min。然后采用皮秒激光切割机按照设定的切割路径及参数进行油滤网的微孔及部分外轮廓的切割加工，得到方形的油滤网半成品。

步骤(6)将方形的油滤网半成品放置于毫秒激光切割机工作平台上，采用专用压板进行压平，选择毫秒激光切割机的CCD影像功能，对方形的油滤网半成品外轮廓未切割处进行识别，然后采用毫秒激光切割机再次对识别出的未切割处进行切割加工，切割参数与步骤(5)中毫秒激光切割机的切割参数保持一致，进而完成方形不锈钢微型油滤网的超快激光切割。

Claims (7)

1.一种发动机微型油滤网的超快激光切割方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)加工工装的设计

依据微型油滤网的外轮廓及尺寸设计加工工装，所述加工工装包括原材料放置台(1)及与原材料放置台(1)固定连接的法兰(2)；所述原材料放置台(1)采用中心位置为单一凹槽、周边位置均布多个圆孔的结构，其中，所述单一凹槽的形状与待加工油滤网的形状保持一致；所述圆孔的位置避开单一凹槽，位于原材料放置台(1)上，并围绕单一凹槽呈中心对称样式分布；所述法兰(2)用于通过螺栓将加工工装与皮秒激光切割机的工作台面固定连接；

步骤2)激光切割路径的设计

依据微型油滤网的微孔尺寸、微孔位置分布及外轮廓尺寸的要求，进行单个微孔切割路径设计、整体微孔路径排布设计及油滤网外轮廓切割路径设计；

2.1)单个微孔切割路径设计原则为，采用制图软件绘制微孔的粗加工路径L₁和精加工路径L₂，切割顺序为先进行粗加工路径L₁切割，再进行精加工路径L₂切割；

2.2)整体微孔路径排布设计原则为，多个微孔有效间隔、中心对称、分割设计，保证油滤网的尺寸精度和位置精度；

2.3)油滤网外轮廓切割路径设计原则为，油滤网外轮廓切割路径需在其外轮廓基础上预留未切割处，未切割处的宽度为W，外轮廓切割路径形成效果为带有缺口的多段线的组合；所述W的取值范围为0.1mm～0.3mm；

步骤3)激光切割参数的匹配设计

依据步骤2)所述路径设计进行工艺参数的匹配设计，所述工艺参数包括激光功率、脉冲频率、扫描速率及路径加工次数；

步骤4)皮秒激光切割机工艺参数集的设定

利用步骤2)的路径设计及步骤3)匹配的工艺参数在皮秒激光切割机上进行工艺参数集的设定；

步骤5)油滤网微孔及部分外轮廓的激光切割

5.1)将油滤网原材料放置于步骤1)设计的加工工装上，所述油滤网原材料需完全覆盖加工工装的原材料放置台(1)；

5.2)采用皮秒激光切割机按照设定的工艺参数集，首先进行油滤网的微孔切割，然后进行部分外轮廓的切割加工，得到油滤网半成品；

步骤6)油滤网外轮廓的激光切割

6.1)将步骤5)得到的油滤网半成品，采用毫秒激光切割机的CCD影像系统对油滤网外轮廓预留的未切割处进行识别；

6.2)采用毫秒激光切割机对外轮廓未切割处进行切割加工，进而完成微型油滤网的超快激光切割。

2.根据权利要求1所述的发动机微型油滤网的超快激光切割方法，其特征在于：

步骤2.1)所述微孔的粗加工路径L₁的尺寸小于微孔的尺寸，精加工路径L₂的尺寸大于粗加工路径L₁的尺寸。

3.根据权利要求2所述的发动机微型油滤网的超快激光切割方法，其特征在于：

所述微孔的精加工路径L₂包含至少4个不同扫描起始点且尺寸相同的精加工子路径L_2i，其中，i≥4，不同的扫描起始点以L₂的尺寸为基础均匀分布，扫描起始点的差异通过相位的差异进行设定。

4.根据权利要求3所述的发动机微型油滤网的超快激光切割方法，其特征在于：

步骤2.3)具体为，所述油滤网外轮廓路径为包含一定宽度的多段线组合，其中，内侧多段线的尺寸依据油滤网外轮廓的尺寸进行设定，激光切割路径的顺序为由内到外。

5.根据权利要求4所述的发动机微型油滤网的超快激光切割方法，其特征在于，步骤4)具体为：

4.1)所述油滤网微孔的粗加工路径L₁的超快激光切割工艺参数为，激光功率40W～55W，脉冲频率75kHz～100kHz，扫描速率1m/s～1.5m/s，粗加工路径L₁的加工次数以激光切割参数与原材料厚度进行匹配设定，保证粗加工路径L₁的通孔切割；

4.2)所述油滤网微孔的精加工路径L₂的超快激光切割工艺参数为：激光功率45W～60W，脉冲频率75kHz～100kHz，扫描速率0.1m/s～0.5m/s，精加工路径L₂的加工次数A为5～15次，每个精加工子路径L_2i的加工次数为a＝A/i_max，其中i_max为精加工子路径的个数；

4.3)所述油滤网外形轮廓的超快激光切割工艺参数为：激光功率50W～60W，脉冲频率300kHz～500kHz，扫描速率0.7m/s～1.2m/s，外轮廓路径的加工次数以激光切割参数与原材料厚度进行匹配设定。

6.根据权利要求1-5任一所述的发动机微型油滤网的超快激光切割方法，其特征在于：

步骤1)中，所述原材料放置台(1)的单一凹槽的尺寸大于待加工油滤网的尺寸，所述原材料放置台(1)的单一凹槽的深度为3mm～10mm，所述原材料放置台(1)的圆孔的直径尺寸选择Φ0.6mm～Φ1.2mm。

7.根据权利要求6所述的发动机微型油滤网的超快激光切割方法，其特征在于，步骤6)中，所述毫秒激光切割机的主要参数为：

光圈2.5，电压230V～280V，脉冲宽度0.1ms～0.2ms，脉冲频率140Hz～180Hz，加工速度100mm/min～150mm/min。

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