CN1954954A - 模具加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种模具加工装置，其包括：一激光源，一聚焦透镜，一遮光快门，一加工平台，一控制装置及一检测器；该遮光快门设置于激光源与聚焦透镜之间，用于整合从激光源发出的激光束；该控制装置分别与激光源及加工平台相连，用于分别控制激光源及加工平台；该检测器一端与控制器相连，另一端用于检测激光束所加工的位置。本发明的装置可用于模具表面上各种形状的沟槽、拐角进行高精度加工，或者在模具表面进行制图。

Description

模具加工装置
【技术领域】
本发明涉及精密模具加工技术领域，特别涉及一种模具加工装置。
【背景技术】
随着模具结构的复杂化、高精密化发展，其加工技术则正面临着严峻的考验，传统的机械加工、电火花加工等技术手段已无法满足现代精密模具加工的要求。例如2000年3月1日公告的第383633号中国台湾专利公开了一种自走旋转式超音波模具抛光机，用于抛光一工件，并在抛光时在工件上添加磨料，该模具抛光机包括超音波振荡器，用以产生振动；超音波振荡喇叭，用以放大振幅；挠性工具，固接于该超音波振荡喇叭上，在抛光时接触该工件，由该超音波振荡器产生的振动透过超音波振荡喇叭放大振幅，使该挠性工具经由该磨料撞击在该工件表面，以对该工件进行抛光。
该抛光机可受控进行旋转抛光，以实现对模具多角度抛光。但是，抛光过程中，挠性工具需与待加工部位直接接触，且考虑到挠性工具本身结构及尺寸，对于待加工模具上尺寸极其微小，且形状不规则的孔、槽等结构，该种抛光方式无法达到所需精度的要求。
因此，有必要提供一种可实现对模具进行高精度加工的装置。
【发明内容】
以下将以实施例说明一种模具加工装置。
一种模具加工装置，其包括：一激光源，一聚焦透镜，一遮光快门，一加工平台，一控制装置及一检测器；该遮光快门设置于激光源与聚焦透镜之间，用于整合从激光源发出的激光束；该控制装置分别与激光源及加工平台相连，用于分别控制激光源及加工平台；该检测器一端与控制器相连，另一端用于检测激光束所加工的位置。
所述的模具加工装置，与现有技术相比，其优点在于：首先，该装置的激光束会聚成的微小尺寸的光点可对待加工模具表面上各种形状的沟槽、拐角进行高精度加工，或者于模具表面进行制图；其次，该加工装置无须靠机械力与待加工物进行接触，加工过程中不会引起待加工模具的变形或破坏。另外，该模具加工过程，在检测器与控制器的共同作用下，可达到连续精密加工。
【附图说明】
图1是本发明实施例的模具加工装置示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图及实施例对上述模具加工装置作进一步详细说明。
如图1所示，提供一种模具加工装置10，其可实现通常模具加工所涉及的制程，如抛光、制图、切割、焊接、打孔、成型以及表面处理等，本实施例中，模具加工装置10是一对模具表面进行高精度抛光的装置，其包括一激光源11，一遮光快门12，一聚焦透镜13及一加工平台14。该激光源11是一固体激光源，其可产生脉冲激光束，其工作物质可为掺钕钇铝石榴石(Neodymium:Yttrium Aluminium Garnet，Nd:YAG)、掺镱钇铝石榴石(Ytterbium:Yttrium Aluminium Garnet，Yb:YAG)、掺钕钒酸钇(NeodymiumDoped Yttrium Vanadate，Nd:YVO4)等。本实施例中，可选用波长约1064nm之Nd:YAG激光源，或波长约940nm的Yb3+:YAG激光源，或选用波长约1047～1064nm的Nd:YVO4激光源。
该模具加工装置10可进一步包括一检测器15及一控制装置16。该检测器15具有一检测头151。该控制装置16包括一第一控制器161及一第二控制器162。
一待加工模具17设置于加工平台14上，模具17具有一待抛光面18。加工平台14可受控于三维空间内任意移动，待加工模具17可随加工平台14一起移动，以便实现多角度加工。待加工模具17的材料可为磷化镍、镀有磷化镍层的不锈钢、铝合金、镁合金、钛铝合金等其它金属或合金。
由于激光抛光过程会产生热量，会使模具17的温度升高，为避免引起模具结构的变形或破坏，可于激光抛光过程中，将待加工模具17进行及时冷却，本实施例中，加工平台14本身是一冷却器，如其结构可为一具有空腔141的矩形壳体，该壳体内盛放有冷却流体142，密封塞143用于密封空腔141内的冷却流体142。整个加工过程中，冷却流体142可连续对加工平台14与待加工模具17接触的表面进行冷却，从而达到对待加工模具17的冷却。当然，要实现对待加工模具17的冷却，在激光抛光过程中，也可将待加工模具17置于一冷却系统中。
该检测器15具有检测及讯号反馈的功能，可用于检测到达待抛光面18的激光束的光点尺寸，是否处于预期要求的范围内，如本实施例的光点尺寸为1～10μm。该第一控制器161可接收检测器15所反馈的讯号，并对讯号进行判断以控制加工平台14的移动或将讯号反馈于第二控制器162，第二控制器162用于调节激光源11的参数如频率、能量等以使其参数达到制程要求。
提供一种利用上述模具加工装置10加工模具的方法，其主要包括以下步骤：
首先，安装模具加工装置10。该模具加工装置10包括一激光源11，一遮光快门12，一聚焦透镜13，一加工平台14，一检测器15，一第一控制器161及一第二控制器162。将遮光快门12设置于激光源11与聚焦透镜13之间，连接第二控制器162与激光源11，将第一控制器161设置于加工平台14与第二控制器162之间，将检测器15一端与第一控制器161相连，另一端放置于可检测到待加工模具17上被加工位置处，如待抛光面18。
其次，将待加工模具17设置于加工平台14上。加工平台14可受第一控制器161控制于三维空间内任意移动，待加工模具17可随加工平台14一起移动。激光抛光过程中，为避免引起模具结构的变形或破坏，需将待加工模具17进行及时冷却，本实施例中，加工平台14本身是一冷却器，如其结构可为一具有空腔141的矩形壳体，该壳体内盛放有冷却流体142，整个加工过程中，冷却流体142可连续对加工平台14与待加工模具17接触的表面进行冷却，从而达到对待加工模具17的冷却。当然，要实现对待加工模具17的冷却，在激光光过程中，也可将待加工模具17置于一冷却系统中。
再次，打开激光源11，调节遮光快门12及聚焦透镜13使得激光束会聚成一适当尺寸的光点以加工待加工模具17。
最后，在检测器15、第一控制器161以及第二控制器162的共同作用下控制整个模具加工过程。
模具加工过程中，检测器15可对加工制程进行实时测量，并将检测结果传达于第一控制器161；此后制程可能出现两种情况，其一，当待抛光面18上具有多个待抛光区域时，可通过移动模具17而达到对各个区域的抛光，当当前抛光的区域达到所需的表面光滑度时，检测器15可将所测结果以讯号形式传达于第一控制器161，经其判断后控制加工平台14进行移动，使另一待加工区域移动至激光束会聚的位置，再进行下一轮抛光。其二，加工过程中，当检测器15检测出的光点尺寸不满足要求时，到达第一控制器161的讯号将会自动反馈于第二控制器162，从而调节激光源11的参数如频率、能量等以使其参数达到制程要求。
当然，本实施例中第一控制器161与第二控制器162可用一个控制器替代，只要其可根据检测器15的检测结果分别对激光源11及加工平台14进行控制便可；或者，为使对每一元件进行分别精确控制，可再增加多个控制器。
激光源可为脉冲激光源，脉冲的能量、周期、频率等为模具表面加工的重要参数，通常情况下，同种激光源进行加工时，表面抛光制程的参数如脉冲的能量、周期、频率均低于表面制图的参数。
对于待加工的模具表面粗糙度要求为Ra为0.2～1.0纳米，Rp为0.6～3纳米时，若Ra、Rp为激光抛光面的粗糙度参数时，可使用Nd:YAG脉冲激光源，该脉冲激光源的能量为10-5～3×10-5焦，脉冲周期为10-9～5×10-9秒，脉冲频率为1000～3000赫兹，利用该激光源进行模具表面抛光，其表面粗糙度可达到要求。若Ra、Rp为激光制图面的粗糙度参数时，同样使用Nd:YAG脉冲激光源，脉冲激光源的能量为3×10-5～3×10-4焦，脉冲周期为10-8～3×10-7秒，脉冲频率为3000～10000赫兹，方可达到表面粗糙度的要求。可以看出，在模具表面进行制图时，使用同种激光源的制程参数要高于表面抛光制程的参数。
上述模具加工装置以及加工过程具有以下优点：首先，该装置的激光束会聚成的微小尺寸的光点可对待加工对象表面上各种形状的沟槽、拐角进行高精度加工；其次，该加工过程在检测器与控制器的监控下，可达到连续精密加工；最后，加工装置中各组件无须靠机械力与待加工物进行接触，加工过程中不会引起待加工对象的变形或破坏。

Claims (13)

1.一种模具加工装置，其包括：一激光源，一聚焦透镜，一遮光快门，一加工平台，一控制装置及一检测器；该遮光快门设置于激光源与聚焦透镜之间，用于整合从激光源发出的激光束；该控制装置分别与激光源及加工平台相连，用于分别控制激光源及加工平台；该检测器一端与控制器相连，另一端用于检测激光束所加工的位置。
2.如权利要求1所述的模具加工装置，其特征在于，该激光源是一固体激光源。
3.如权利要求1所述的模具加工装置，其特征在于，该激光源的工作物质为掺钕钇铝石榴石、掺镱钇铝石榴石或掺钕钒酸钇。
4.如权利要求3所述的模具加工装置，其特征在于，该掺钕钇铝石榴石激光源的波长为1064纳米。
5.如权利要求3所述的模具加工装置，其特征在于，该掺镱钇铝石榴石激光源的波长为940纳米。
6.如权利要求3所述的模具加工装置，其特征在于，该掺钕钒酸钇激光源的波长为1047～1064纳米。
7.如权利要求1所述的模具加工装置，其特征在于，该激光源是一脉冲激光源。
8.如权利要求7所述的模具加工装置，其特征在于，该脉冲激光源的脉冲能量为10～30焦耳，脉冲周期为1～5纳秒，脉冲频率为1000～3000赫兹。
9.如权利要求7所述的模具加工装置，其特征在于，该脉冲激光源的能量为30～300焦耳，脉冲周期为10～300微秒，脉冲频率为3000～10000赫兹。
10.如权利要求1所述的模具加工装置，其特征在于，该加工平台为一冷却装置。
11.如权利要求10所述的模具加工装置，其特征在于，该冷却装置为一装有冷却流体的壳体。
12.如权利要求1所述的模具加工装置，其特征在于，该模具加工装置进一步包括一冷却系统，待加工模具处于该冷却系统中。
13.如权利要求1所述的模具加工装置，其特征在于，该控制装置包括一第一控制器及一第二控制器。该第一控制器与加工平台相连，该第二控制器与激光源相连。
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