[发明专利]用于蚀刻形成初裂的沟槽的光纤激光器加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及在机械部件的壁或者表面中激光加工沟槽以限定用于将所述机械部件断裂为至少两片的初裂的领域。特别地，加工的机械部件是用于火花点火引擎的连杆。这些连杆具有主孔并且初始由单个部分形成。两个直接相对的沟槽被蚀刻进主孔的圆形侧壁。然后，使用机械装置，通过压力将连杆断裂为两片。本领域的技术人员已公知此技术。

使用激光束用于蚀刻沟槽形成初裂具有明显的优点。特定地，激光技术可以用于制备相对窄并且深的槽，导致沿着包含连杆的主孔的中心几何轴的平面的整齐断裂。

背景技术

特定地，从DE专利No.102007053814已公知光纤激光器加工设备。如在该文档的第3和4段中所说，各种类型的激光器被用于关注的特定应用，但是获得的沟槽的轮廓不是最佳的。被加工沟槽的质量是获得沿预定几何平面的整齐断裂并且以更少的力断裂的决定因素。上述德国专利文档旨在在加工设备中使用特定类型的激光器件，称为光纤激光器。优选，光纤激光器包括二极管的组以用于泵浦有源介质（掺杂的光纤）。二极管泵浦装置的使用提高了激光器件以提议的脉冲模式提供的脉冲的频率。根据DE专利No.102007053814的31段，形成泵浦装置的二极管的组以脉冲方式操作。产生的激光脉冲的频率可以位于10和100kHz的工作范围中。因此，此现有技术文档提议使用脉冲模式下，即，以脉冲模式供电泵浦装置以调制在激光器件输出处产生的激光束的模式下，操作的光纤激光器。因此，脉冲模式在于调制激光器的连续功率（CW）以便最大脉冲功率等于激光器的CW（最大平均功率）。

在DE专利No.102007053814中提议的激光器装置不能产生具有足够最优的轮廓的沟槽。光纤激光器的使用是有利的解决方案，因为获得了加工窄、深沟槽所要求的更高质量的激光束。实际上，光纤激光器可以产生高质量激光束，在低模光纤（优选单模）中向激光加工设备传输期间该高质量激光束不恶化。然而，在前述专利文档中提及的脉冲模式大大限制了从使用光纤激光器导致的潜能，特别是，关于沟槽的深度/宽度比，壁的冶金学质量和在沟槽底部的半径。

本发明的目的是通过建议可以降低杂散热应力的激光设备而改善形成初裂的加工沟槽的方法，该热应力具有对形成沟槽以及围绕所述沟槽的区域的几个损坏后果（例如在沟槽的两个壁中的金属学结构的变化和在壁中的微裂纹的出现）。本发明的另一个目的是通过允许使用能够提高加工速度和/或限制用于在连杆的主孔中加工两个直接（diametrically）相对的沟槽的加工头移动的简化的设备和/或设备，来提高在连杆的侧壁中加工沟槽的效率。

发明内容

在根据本发明开发的激光加工设备中，发明人发现以脉冲模式操作的光纤激光器装置不能提供在沟槽的宽度和深度之间具有更小比率以及在沟槽的底部处的更小半径（其为降低断裂机械部件所需的力并且还确保在限定的几何平面中断裂的决定因素）的轮廓的沟槽。在前述现有技术文档中提及的激光器装置的缺点主要来自两个建议的操作模式的缺陷。首先，建议的脉冲模式仅调制产生的激光束以提供具有等于激光器能够提供的CW的最大功率或峰值功率的脉冲。在前述现有技术文档中，脉冲功率包括在10和100瓦特（W）之间并且优选在40和60W之间。对于大的连杆，其旨在使用提供约200W的峰值功率的更大功率的激光。（注意，存在较高功率的CW激光但是它们在工业上并不经济可行）。注意，在脉冲模式中，例如在前述现有技术文档中建议的，必须使用受限于当前工业激光技术的更大功率的激光以获得具有约200W的峰值功率的脉冲。

具有基本上等于200W或者更小的最大功率的激光脉冲，用相对长的脉冲持续时间用于提供用于材料烧蚀的足够的能量，很可能导致形成被加工的机械部件的材料的熔化。该熔化的材料导致关于获得高质量沟槽的问题。特别地，必须使用高压气流喷射排出该材料。熔化的材料还导致与整齐的沟槽和加工表面以及在加工头输出处的保护玻璃有关的问题。另外，尽管通过光纤激光器设备产生了高质量的激光束，但是熔化的材料及其使用压缩气体的排出限制了在沟槽的底部的曲率半径的减小。