CN211661334U - 一种激光诱导空化微冲孔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光诱导空化微冲孔装置，包括激光器发生系统、聚焦组件、微成型孔模具、移动平台及CDD检测系统；所述微成型孔模具包括上凸模及下凹模；所述上凸模设有容置腔，所述容置腔内设有液体介质，所述容置腔的底部设有通孔；所述下凹模设有与所述通孔相适配的成型孔。实施本实用新型，可实现材料的微孔成型，满足高效率、高精度、微尺度零部件的制造要求。

Description

一种激光诱导空化微冲孔装置

技术领域

本实用新型涉及激光应用技术领域，尤其涉及一种激光诱导空化微冲孔装置。

背景技术

近年来，产品的精密化和微型化已成为工业制造发展的一个重要热点，其中产品的零部件也不断向轻、薄、小等方面发展，如何适应和实现这些要求受到学术界和工业界的广泛关注。微型产品制造中小孔的加工所占的比例较大，为此微制造行业中迫切需要可实现高效、可靠的微型小孔加工技术，这是对微制造技术提出的全新挑战。

现有技术中能够实现大批量微细零部件成型孔制造的方法有：精密模具微成型孔、激光成型孔。现有技术具有以下缺点：

1、精密模具微成型孔的模具结构复杂，尤其是加工的板材较薄时，模具间隙很难保证均匀，模具制造维修困难，零部件边缘容易产生毛刺。

2、激光成型孔作为一种新的微制造工艺，具有很多新的优势，拥有广阔的应用前景，然而此技术存在自身的缺点，若使用飞秒激光器成本太高，使用纳秒激光成型孔工艺中牺牲层的补偿问题一直制约着该技术的发挥，牺牲层只能单次使用，无法进行连续加工，同时，牺牲层中的黑漆会严重影响零件的表面质量，必须后续添加去漆工序。因此，解决牺牲层补偿问题，对此提出有效的解决方法，是推动将激光技术应用于微制造领域的重要课题。

微纳加工技术是集机械工程、生物医学工程、仪器科学与技术和微电子工程所产生的新兴、交叉前沿学科技术。其中，微成形技术具有工艺简单，成形零件精度高和效率高等优点，很适合于微型零件的低成本大批量制造。同时，激光技术的快速发展，为传统制造工艺提供了新思路，结合激光技术与微纳制造技术具有广泛的应用前景。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种激光诱导空化微冲孔装置，可实现材料的微孔成型，满足高效率、高精度、微尺度零部件的制造要求。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种激光诱导空化微冲孔装置，包括激光器发生系统、微成型孔模具、聚焦组件、移动平台及CDD检测系统；

所述微成型孔模具包括上凸模及下凹模；

所述上凸模设有容置腔，所述容置腔内设有液体介质，所述容置腔的底部沿竖直方向设有通孔；

所述聚焦组件设于所述激光器发生系统与所述上凸模之间，以使激光焦点与所述通孔的中心对准；

所述下凹模设有成型孔，所述成型孔与所述通孔对中设置。

作为上述技术方案的改进，所述成型孔的直径小于或等于所述通孔的直径。

作为上述技术方案的改进，工件设于所述上凸模与所述下凹模之间，所述工件的厚度不大于30μm。

作为上述技术方案的改进，所述容置腔为自所述上凸模的顶面向下设置的凹槽。

作为上述技术方案的改进，所述上凸模的顶面设有玻璃挡片。

作为上述技术方案的改进，所述玻璃挡片的斜上方设有所述CDD检测系统。

作为上述技术方案的改进，所述激光器发生系统包括激光器、冷却系统及光学元器件。

作为上述技术方案的改进，所述激光器发生系统与所述聚焦组件之间设有多组反射镜。

作为上述技术方案的改进，所述移动平台上设有模具夹具，所述模具夹具至少包括两个卡爪。

作为上述技术方案的改进，还包括控制单元，所述控制单元分别与所述激光器发生系统、移动平台及CDD检测系统连接。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

所述激光器发生系统生成激光，在所述聚焦组件的作用下汇聚；汇聚后的激光束通过液体介质，使液体介质在所述通孔处形成空化效应；空化形成的气泡破裂后会产生冲击波，对工件形成向下的冲裁力，以使工件发生塑性变形；当工件所受的应力大于其抗拉强度，在工件会形成冲孔。本实用新型适用于微尺寸零部件的加工，采用上述结构，液体介质不断地补充，保证了冲孔的连续性，提高其效率；进一步地，所述CDD检测系统与所述移动平台连接，所述CDD检测系统检测实时地对模具情况以及光斑对准精度进行检测，通过调节所述移动平台，以使激光的光斑准确聚焦在模具成形孔，实现激光光束与模具孔的对中，提高其精度。

附图说明

图1是本实用新型涉及的激光诱导空化微冲孔装置的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。仅此声明，本实用新型在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本实用新型的附图为基准，其并不是对本实用新型的具体限定。

参见图1，本实用新型提供了一种激光诱导空化微冲孔装置，包括激光器发生系统1、微成型孔模具2、聚焦组件3、移动平台4及CDD检测系统5；

所述微成型孔模具2包括上凸模21及下凹模22；所述上凸模21设有容置腔211，所述容置腔211内设有液体介质6，所述容置腔211的底部沿竖直方向设有通孔212；

所述聚焦组件3设于所述激光器发生系统1与所述上凸模21之间，以使激光焦点与所述通孔212的中心对准；

所述下凹模22设有成型孔221，所述成型孔221与所述通孔212对中设置。

具体地，所述激光器发生系统1、移动平台4及CDD检测系统5均集成在安装平台7上。工件8设于所述上凸模21及下凹模22之间。所述激光器发生系统1用于产生高质量激光，所述聚焦组件3设于所述激光器发生系统1与所述上凸模21之间，用于将所述激光聚焦，所述上凸模21设有容置腔211，所述容置腔211内装有液体介质6。所述液体介质6在激光的作用下产生空化效应，形成空泡；所述空泡破裂产生的冲击波及射流加载到所述工件8上，给工件8提供了向下的冲裁力；所述工件8在上述冲裁力的作用下发生塑性变形，当工件8的变形量超过工件8材料本身的抗拉强度对应的变形量时，工件8被冲剪为与所述成型孔221相适配的冲孔，以实现微冲孔作业。与现有技术中激光成型孔工艺不同，本实用新型采用液体介质6，所述液体介质6具有较好的补偿性，可实现连续冲孔作业，提高生产效率。此外，本实用新型中还将所述微成型孔模具2固定在模具夹具9上，所述模具夹具9随移动平台4移动，以带动所述上凸模21及下凹模22活动。所述CDD检测系统5检测所述激光的焦点与通孔212的位置，所述CDD检测系统5与所述移动平台4电性连接，以实时调节通孔212相对于激光束的位置，使所述激光的焦点与所述通孔212对中，以提高冲压时的精准度。

所述成型孔221的直径小于或等于所述通孔212的直径。工件8设于所述上凸模21与所述下凹模22之间，本实用新型可满足厚度不大于30μm的工件8的冲孔作业。

所述容置腔211为自所述上凸模21的顶面向下设置的凹槽，在所述空泡破裂时，将所述容置腔211设于所述上凸模21内，有利于吸收多余的冲击波及射流，保持装置的稳定，提高图形成型的精度。所述凹槽内的液体介质6为纯净水。由于所述纯净水去掉水中的杂质，便于激光穿射时，不会受到干扰，保持激光在水路中的稳定性，以提高对焦位置的精准。

所述上凸模21的顶面设有玻璃挡片10。所述玻璃挡片10使纯净水形成密闭空间，有利于激光光路在水中保持稳定，可使激光对焦位置准确，同时可防止纯净水飞溅。

所述玻璃挡片10的斜上方设有所述CDD检测系统5。所述CDD检测系统5用于检测经所述对焦组件对焦后的光斑的位置及通孔212的位置，控制所述移动平台4带动所述微成型孔模具2移动，以使激光的焦点与所述通孔212的中心重合，提高冲压的精准度。

所述模具夹具9包括至少两个卡爪91。所述模具夹具9相对于所述移动平台4可活动以夹紧所述微成型孔模具2，所述卡爪91的高度大于所述下凹模22及工件8的高度之和。在本实施例中，所述移动平台4为精密三维移动平台4，所述三维移动平台4可实现前后方向、左右方向及上下方向三个维度的运动，使激光的焦点与通孔212的中心对准，其调节方式灵活。

所述激光器发生系统1包括激光器(附图中未显示)、冷却系统(附图中未显示)及光学元器件(附图中未显示)。所述激光器发生系统1与所述聚焦组件3之间设有多组反射镜11。所述反射镜11沿激光照射路径设置用于改变激光照射路径，以使激光最终能够照射在通孔212处，需要指出的是，此处的反射镜11应当为平面镜。

所述微冲孔装置还包括控制单元12，所述控制单元12分别与所述激光器发生系统1、移动平台4及CDD检测系统5连接。所述控制单元12根据所述CDD检测系统5检测到的焦点与通孔212中心之间的偏移信息控制所述移动平台4移动，以使焦点与通孔212中心对准，其检测精度高，调节便利。

综上，公开了一种基于激光诱导空化的微冲孔装置，能够实现微纳零件的冲孔加工，具有结构简单，响应速度快，精度高的特点。相较于传统精密模具冲孔加工，激光空化微冲孔是靠利用激光触发加工，没有实体冲头，可有效减少模具磨损，能增加模具的使用寿命。相比较激光冲击冲孔加工，激光空化加工可以避免工件被烧蚀，并且能够把水作为牺牲层，实现补偿牺牲层，减少牺牲层对工件外观的影响，后续不需要添加去除牺牲层(黑漆)的工序，减少加工工序与装置结构，提高生产效率。实施本实用新型，可实现材料的微孔成型，满足高效率、高精度、微尺度零部件的制造要求。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种激光诱导空化微冲孔装置，其特征在于，包括激光器发生系统、微成型孔模具、聚焦组件、移动平台及CDD检测系统；

所述微成型孔模具包括上凸模及下凹模；所述上凸模设有容置腔，所述容置腔内设有液体介质，所述容置腔沿竖直方向设有通孔；

工件设于所述上凸模与所述下凹模之间，所述工件的厚度不大于30μm；

所述聚焦组件设于所述激光器发生系统与所述上凸模之间，以使激光焦点与所述通孔的中心对准；

所述下凹模设有成型孔，所述成型孔的直径小于或等于所述通孔的直径，所述成型孔与所述通孔对中设置。

2.根据权利要求1所述的激光诱导空化微冲孔装置，其特征在于，所述容置腔为自所述上凸模的顶面向下设置的凹槽。

3.根据权利要求2所述的激光诱导空化微冲孔装置，其特征在于，所述上凸模的顶面设有玻璃挡片。

4.根据权利要求3所述的激光诱导空化微冲孔装置，其特征在于，所述玻璃挡片的斜上方设有所述CDD检测系统。

5.根据权利要求1所述的激光诱导空化微冲孔装置，其特征在于，所述激光器发生系统包括激光器、冷却系统及光学元器件。

6.根据权利要求5所述的激光诱导空化微冲孔装置，其特征在于，所述激光器发生系统与所述聚焦组件之间设有多组反射镜。

7.根据权利要求1所述的激光诱导空化微冲孔装置，其特征在于，所述移动平台上设有模具夹具，所述模具夹具至少包括两个卡爪。

8.根据权利要求1所述的激光诱导空化微冲孔装置，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元分别与所述激光器发生系统、移动平台及CDD检测系统连接。

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