CN1947918A - 激光加工模具表面的方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光加工模具表面的方法，主要是在激光组前方设置一组可变焦距的镜片组，用以提升其激光焦距投射的移动速度，以改善现有的机械式动作无法配合激光组的加工动作，并在加工前需经由计算机在待加工工件(模具)表面计算其切断面积的曲率，进而可得知激光焦距的变化量，使其可精确控制激光加工参数，再经由材料移除及抛光两次加工程序，使加工后的部分与粗糙面融合，产生出所设计的花纹图案，并可使其加工处呈现出类似抛光的效果，以使该模具灌模后所产生的产品表面会呈现不同的变化或光影折射的效果者。

Description

激光加工模具表面的方法
技术领域
本发明涉及一种激光加工模具表面的方法，特别是指一种于激光组前方设有一组光学式可变焦距的镜片组，利用光学变焦来达到快速调整激光焦距以利加工模具表面的方法。
背景技术
激光加工技术以目前而言约区分为2种，其一为二氧化碳激光器(简称CO2)，一般应用于非金属模具的加工。另一为雅克激光器(YAG)则适用于金属模具的加工。
以雅克激光器(YAG)而言，其控制加工状态是取决于激光功率(％)、激光频率(kHz)及雕刻速度(mm/s)的基本参数，由上述三项参数来控制激光加工的条件。
而现有模具表面加工为使其模具表面趋近于平整(请参第图1所示，因模具其表面在高倍放大下均为粗糙表面)，以致所加工出的产品无法达到平整的效果，故虽应用激光技术进行加工但其激光的焦点为固定值，倘若要在曲面上加工则必须为可变焦点，但现有技术系以机械式带动工作台上下移动(一般称Z轴)，但以机械带动工作台上下移动的方式其速度慢，而且会使加工的表面呈现不平整的现象，以致无法达到精密加工的效果。
另外现有激光加工技术除上述加工处无法如预期平整外，其加工出的磨具虽比粗糙加工优良，但无法呈现出较多变化的加工方法，间接使得用磨具所生产出的产品其表面变化过于单调，而为消费者及厂商所不满。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种激光加工模具表面的方法，是指在激光组前方设有一组光学式可变焦距的镜片组，利用光学变焦来达到快速调整激光焦距以利加工模具表面的加工方式，以改善现有的机械式移动无法精确配合激光组的加工动作。
本发明的另一目的在于提供一种激光加工模具表面的方法，在加工前需经由计算机在待加工件表面计算其切断面积的曲率进而可得知激光焦距的变化量，使其可精确控制激光加工参数，以达到模具表面精密加工的目的。
本发明的再一目的在于提供一种激光加工模具表面的方法，经由材料移除及抛光两次加工程序，使加工后的部分与粗糙面融合产生出所设计的花纹图案，并可使其加工处呈现出类似抛光的效果，以使该模具模压后所产生的产品表面会呈现不同的变化或光影折射的效果。
为达上述的目的，本发明利用光学变焦移动来达到加工模具表面的方法，其包含有下列步骤：
(a)以计算机计算待加工件表面面积的曲率，用以得到激光焦距的变化参数；
(b)利用可变焦距的镜片组的调整快速改变激光焦距，以进行待加工件表面移除加工；
(c)用调整激光功率参数，使激光的热能移除待加工件表面的材料；
(d)待上述加工完成后，依原有加工路径重新测量其频率及功率；
(e)降低其激光功率参数再进行多次工件表面抛光加工。
所述激光组是雅克激光器。
所述可变焦距的镜片组是可进行光学变焦的镜头。
本发明所产生的技术效果在于，除于在激光组前方设置一组可变焦距的镜片组，用以提升其激光组焦点投射的移动速度，以改善现有的机械式动作无法配合激光组的加工动作，再经由材料移除及抛光两次加工程序，使加工后的部分与粗糙面融合，产生出所设计的花纹图案，并可使其加工处呈现出类似抛光的效果，以使该模具模压后所产生的产品表面会呈现不同的变化或光影折射的效果。
附图说明
图1是模具表面的示意图；
图2是本发明进行加工的实施例图；
图3是本发明的镜片组进行变焦的动作示意图；
图4是本发明的抛光加工图；
图5是4图的加工后部分位置的示意图。
主要组件符号说明
1..待加工件
11..表面
2..激光组
3..镜片组
4..反射镜
5..反射镜
【实施方式】
以下结合附图和较佳的实施例对本发明的构造、使用及其特征作出更深一层，明确、详实的说明。
首先请参阅第2及3图所示，本发明为一种激光加工模具表面的方法，主要在激光组2前方设有一组光学式可变焦距的镜片组3，利用光学变焦移动来达到加工模具的方法，其包含有下列步骤：
(a)以计算机计算待加工件表面面积的曲率，藉以得到激光焦距的变化参数；
(b)利用可变焦距的镜片组的调整快速改变激光焦距，以进行待加工件表面移除加工；
(c)藉由调整激光功率参数，使激光的热能移除待加工件表面的材料；
(d)待上述加工完成后，依原有加工路径重新测量其频率及功率；
(e)降低其激光功率参数再进行多次工件表面抛光加工。
本发明为使激光投射焦点的移动速度可配合上工件的曲面，以改善现有的机械式动作无法配合激光组2的加工动作，故在激光组2前方设置一组可变焦距的镜片组3(因其镜片组其结构较为复杂，故在图示中仅以镜片示意呈现其光学变焦方式)，利用上述镜片组3光学变焦的移动速度绝对远高于习用机械式带动工作台上下的移动速度，用以可提升其激光组2焦点投射的移动速度。
在一理想实施例中，该可变焦距的镜片组3是可进行光学变焦的镜头。
在一可行实施例中，为使该激光组2所投射的激光可加工角度更大，可加设反射镜4、5，用以折射激光并配合镜片组3进行光学变焦的动作，便可提升其激光加工范围及速度。
以步骤(a)所述，本发明在加工前需经由计算机在待加工工件1(或模具)计算其表面11切断面积的曲率来换算三角含数的垂直边长，进而可得知激光焦距的变化量。上述切断面积的曲率系由待加工件1断面曲线上无数的点所组成，但并非每一个点均可加工，故需计算出曲率以便计算出一近似值。经由计算断面曲线上无数的点待加工后即可形成所需的线或表面积。
故本发明适用于金属加工的以雅克激光器(YAG)而言，其加工是取决于激光功率(％)、激光频率(kHz)及雕刻速度(m/s)的基本参数，由上述三项参数来控制激光加工件的条件。
如步骤(b)所述，利用可变焦距的镜片组3，快速改变激光焦距来进行待加工件1表面11加工。上述镜片组3光学镜片的修正可使激光焦距均非常精确的落在待加工件1曲面的断面上(如图3中A及B距离的位移变焦)，并配合反射镜4、5折射激光的作用，再经由多次不同的断面加工，使其可组合成一加工后的表面积，进而加工以呈现高精度的工件表面。
再者如步骤(c)所述，在加工时需依其花纹图案或加工深浅不同，调整及控制其激光组2的参数(激光功率(％)、激光频率(kHz)及雕刻速度(mm/s)等)，使激光组2所投射的热能可依设计移除工件表面的材料。
因每种材料其可加工功率、频率及温度皆不同，故在本实施例中，本发明以NAK 80材料做范例。需调整其激光组2的加工参数，使激光每一投射的焦距点所形成的热能，刚好可让该待加工件1表面11移除0.002mm的材料。
因激光在加工参数的调整上有极高的难度，故本发明以『温度』参数来说明使其可更易理解其随时改变参数的重要。以NAK-80材料(硬化型预硬钢)为例，在合理频率(约400至450kHz)搭配下约2000至2500℃可将其材料碳化，且加工深度约为0.002mm。而以0.002mm的加工深度其理论上比待加工件1表面11的粗糙断差来的小，故可在其待加工件1表面11的粗糙花纹上加工欲加工的线条(花纹)，此时的激光所加工后的部分已与粗糙面融合，并产生出所设计的轮廓。
请参图4所示，待上述步骤加工完成后，欲加工更精细的融合表面11，即进行步骤(d)及(e)。步骤(d)即使用原有的加工路径，以计算机重新测量其激光组2加工参数(频率及功率等)，以NAK-80材料为例其较佳加工温度约为1500至1700℃间，较密集的频率及较低的功率温度，使进行加工时其金属材料不会被碳化，仅会呈现融化作用(一般称表面热游离现象)，此时该待加工件1表面11会因表面热游离现象使其分子重新排列而形成光滑面(如图5被加工过后的部分位置)，再在相同加工路径经过10到20次的重复加工，使其加工处会呈现类似抛光效果，如此即可形成原粗糙表面呈现出加工线条及表面积(花纹图案)，且加工部分融合抛光面的待加工件1表面11。
综上所述，本发明除于激光组2前方设置一组可变焦距的镜片组3，用以提升其激光组2焦点投射的移动速度，以改善现有的机械式动作无法配合激光组2的加工动作，再经由材料移除及抛光两次加工程序，使加工后的部分与粗糙面融合，产生出所设计的花纹图案，并可使其加工处呈现出类似抛光的效果，以使该待加工件1(模具)模压后所产生的产品表面会呈现不同的变化或光影折射的效果者。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (3)

1、一种激光加工模具表面的方法，其特征在于，在激光组前方设有一组光学式可变焦距的镜片组，其包含有下列步骤：
(a)以计算机计算待加工件表面面积的曲率，藉以得到激光焦距的变化参数；
(b)利用可变焦距的镜片组的调整快速改变激光焦距，以进行待加工件表面移除加工；
(c)藉由调整激光功率参数，使激光的热能移除待加工件表面的材料；
(d)待上述加工完成后，依原有加工路径重新测量其频率及功率；
(e)降低其激光功率参数再进行多次工件表面抛光加工。
2、根据权利要求1所述的激光加工模具表面的方法，其特征在于，所述激光组是雅克激光器。
3、根据权利要求1所述的激光加工模具表面的方法，其特征在于，所述可变焦距的镜片组是可进行光学变焦的镜头。
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