CN115255654A - 刻槽方法 - Google Patents

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CN115255654A
CN115255654A CN202210862695.9A CN202210862695A CN115255654A CN 115255654 A CN115255654 A CN 115255654A CN 202210862695 A CN202210862695 A CN 202210862695A CN 115255654 A CN115255654 A CN 115255654A
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water jet
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plume
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马彦昭
赵舞
李登
孙硕
张旭
刘斯盛
杨哲璇
陈宝华
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Wuhan University WHU
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Wuhan University WHU
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    • B23K26/36—Removing material
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    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本申请公开了刻槽方法。该刻槽方法，具体为，在激光束、空气射流作用于待刻槽的工件表面的过程中，对所述工件的该表面实施水射流，所述水射流的出射方向与垂直于所述工件表面方向呈倾斜姿态，并且所述水射流的冲击点与激光束的作用点呈间隔设置。与激光束相距一定偏置距离的水射流以合适的倾角旁轴射向工件表面，在表面形成流动的水膜，其与空气射流撞击形成羽流。激光扫描方向需与水射流方向相反，保证水射流冲击点始终在工件表面上，从而保证水膜的稳定。工件烧蚀产生的熔融和气化的材料可随着羽流去除，相应的，激光烧蚀产生的热量也能被高速的羽流有效带走，从而形成近乎无热损伤的刻槽。

Description

刻槽方法
技术领域
本申请涉及激光加工的技术领域，尤其涉及刻槽方法。
背景技术
相关技术中，激光加工主要应用于材料切割工艺，而非刻槽。在加工时，激光携带的高密度能量使得被照射的区域迅速达到熔融甚至气化的状态，若能切穿工件，则熔融或气化的材料可以在与激光束同轴射出的空气射流的冲击下从工件底部去除，随着激光扫描逐渐形成切缝；若不能切穿工件，则熔融或气化的材料无法在与激光束同轴射出的空气射流的冲击下去除，而在激光烧蚀成的小孔中重铸，从而无法形成刻槽。此外，由于激光加工过程中会达到极高的温度，加工后的工件会出现明显的热影响区，尤其对于一些脆性材料，热应力还会产生微裂纹。由于空气射流冲击范围和冲击力的不足，往往会在加工表面形成重铸层，难以实现高质量的加工。
发明内容
有鉴于此，本申请提供刻槽方法，能够有效实现近乎无热损伤的精密刻槽工艺，刻槽均匀，且加工表面质量好。
本申请提供一种刻槽方法，在激光束、空气射流作用于待刻槽的工件表面的过程中，对所述工件的该表面实施水射流，所述水射流的出射方向与垂直于所述工件表面方向呈倾斜姿态，并且所述水射流的冲击点与激光束的作用点呈间隔设置。
可选地，所述倾斜的角度为40°～50°。
可选地，所述激光束的扫描方向与水射流出射方向相反。
可选地，所述水射流的冲击点与激光束的作用点相距3mm～5mm。
以上提供的刻槽方法，与激光束同轴射出的空气射流可以消除水雾和气化材料对透镜的干扰，并保证照射区域不受水流影响，工件得以发生烧蚀。与激光束相距一定偏置距离的水射流以合适的倾角旁轴射向工件表面，在表面形成流动的水膜，其与空气射流撞击形成羽流。激光扫描方向需与水射流方向相反，保证水射流冲击点始终在工件表面上，从而保证水膜的稳定。工件烧蚀产生的熔融和气化的材料可随着羽流去除，相应的，激光烧蚀产生的热量也能被高速的羽流有效带走，从而形成近乎无热损伤的刻槽。此外，刻槽均匀无重铸层，表面质量好，可用于精密加工。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的刻槽方法的实施示意图
图2为本申请实施例提供的工件表面的流体流向示意图。
图3为本申请实施例提供的刻槽方法加工后的刻槽照片。
其中，图中元件标识如下：
1-激光器；2-空气射流；3-激光束；4-喷嘴；5-水射流；6-工件表面；7-刻槽；8-水射流冲击点；9-水膜；10-水雾和气化材料；11-羽流。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本申请实施例提供的刻槽方法，在激光束、空气射流作用于待刻槽的工件表面的过程中，对所述工件的该表面实施水射流，所述水射流的出射方向与垂直于所述工件表面方向呈倾斜姿态，并且所述水射流的冲击点与激光束的作用点呈间隔设置。
现在针对一个常见的应用场景中，来阐述本申请刻槽的操作过程。应当注意的是，此常见的实施方案不可作为理解本申请所声称所要解决技术问题的必要性特征认定的依据，其仅仅是示范而已。
刻槽的操作过程，包括以下流程：
参考图1，S1，安转水射流喷枪，在本实例中，水射流喷嘴4直径为0.4mm～1.0mm，水射流喷枪倾角为40°～50°，水射流冲击点8距激光束3的距离为3mm～5mm。
S2，调整合理的参数。在本实例中，激光器1的额定功率为150W，激光波长为1080nm，脉冲频率为0～500Hz。水射流5的压强取5～20MPa，空气射流2的压强取0.1～0.3MPa。
S3，开始加工，在本实例中，加工材料为钛合金TC4板。
与激光束同轴射出的空气射流2可以消除水雾和气化材料10对透镜的干扰，并保证照射区域不受水流影响，工件得以发生烧蚀。与激光束3相距一定偏置距离的水射流5以合适的倾角旁轴射向工件表面6，在工件表面6上形成流动的水膜9，如图2所示，其与空气射流2撞击形成羽流11。激光扫描方向需与水射流方向相反，保证水射流冲击点8始终在工件表面6上，从而保证水膜9的稳定。工件烧蚀产生的水雾和气化的材料10可随着羽流11去除，相应的，激光烧蚀产生的热量也能被高速的羽流11有效带走，从而形成近乎无热损伤的刻槽7。
请参考图3，由该图可以看出，经过本申请刻槽所得到的工件表面的刻槽均匀无重铸层，表面质量好。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种刻槽方法，其特征在于，在激光束、空气射流作用于待刻槽的工件表面的过程中，对所述工件的该表面实施水射流，所述水射流的出射方向与垂直于所述工件表面方向呈倾斜姿态，并且所述水射流的冲击点与激光束的作用点呈间隔设置。
2.根据权利要求1所述刻槽方法，其特征在于，所述倾斜的角度为40°～50°。
3.根据权利要求1所述刻槽方法，其特征在于，所述激光束的扫描方向与水射流出射方向相反。
4.根据权利要求1所述矫正装置，其特征在于，所述水射流的冲击点与激光束的作用点相距3mm～5mm。
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