[发明专利]一种基于直流电场和磁场的激光制孔装置

说明书

本发明提供了一种基于直流电场和磁场的激光制孔装置，包括电场生成单元、磁场生成单元和工件旋转单元，电场生成单元包括两个位于工件左右两侧的电极板，磁场生成单元包括分别位于工件上方和下方的第一磁铁和第二磁铁以及控制第一磁铁和第二磁铁高度的升降装置，工件在制孔过程中根据需要选择是否由工件旋转单元带动旋转，在进行激光制孔的同时，磁场生成单元产生垂直于工件的磁场，电场生成单元产生水平方向电场，两者产生的耦合能场作用于工件，本发明利用外加电‑磁耦合能场影响激光制孔过程中等离子体的运动、形态、密度及分布，从而改善制孔质量，提高制孔效率。

技术领域

本发明涉及激光制造与加工领域，尤其涉及一种基于直流电场和磁场的激光制孔装置。

背景技术

激光制孔是激光加工领域的主要研发及应用方向之一。在激光制孔过程中，利用脉冲激光束照射工件表面，因聚焦后的激光束能量密度极高，在焦点位置的温度会瞬间达到数千摄氏度，工件材料在这种高温的作用下会被迅速的熔化和汽化，在高压蒸汽作用下喷出而形成小孔。

与其他微孔加工方法相比较，激光制孔加工速度快、经济效益高、加工材料范围广、非接触式加工、无污染、可加工异型孔等，尤其在航天航空工业中发动机热端部件群孔的激光精密加工中具有明显的优势。但高功率激光制孔过程中，工件上方的高温等离子体通过吸收、散射和折射作用对激光产生屏蔽效应，不仅会降低激光的利用率，而且还会影响微孔成形，严重时，等离子体的屏蔽会使制孔过程无法进行。等离子体对激光的屏蔽效应主要取决于等离子体中带电粒子密度和等离子体的形态，因此，如何控制激光制孔时光致等离子体的密度和分布非常关键。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于直流电场和磁场的激光制孔装置，利用外加电-磁耦合能场影响激光制孔过程中的等离子体的运动、形态、密度及分布，以改善激光加工微孔的质量，同时提高制孔效率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于直流电场和磁场的激光制孔装置，包括电源、控制系统、电场生成单元、磁场生成单元、工件装夹单元、升降装置、机床底座和激光发生单元；

所述电场生成单元包括支座和两个正对安装在支座上的电极板，所述支座安装于机床底座上，两个所述电极板均与控制系统电连接，所述控制系统与电源电连接；

所述工件装夹单元包括电动平台和安装在电动平台上的工件夹具，工件通过工件夹具安装于电动平台上，所述电动平台位于两个所述电极板之间，所述激光发生单元安装在工件的上方，所述电动平台与控制系统电连接，所述控制系统能够控制电动平台沿机床移动；

所述磁场生成单元包括第一磁铁和第二磁铁，所述第一磁铁和第二磁铁相对设置，分别位于电动平台的上方和下方，所述第一磁铁和第二磁铁的磁性相反，所述升降装置能够分别控制第一磁铁和第二磁铁与工件夹具的相对距离。

优选地，还包括工件旋转单元，所述电动平台安装在工件旋转单元上，所述工件旋转单元能够使工件绕待加工孔的自身轴线旋转，所述工件旋转单元与控制系统电连接，所述控制系统能够控制工件旋转单元的旋转速度。

优选地，所述工件旋转单元包括电动机、小齿轮和旋转平台，所述旋转平台可转动地安装于支座上，所述激光发生单元中的激光头与旋转平台同轴，所述电动机竖直固定在机床底座上，所述小齿轮同轴固定安装在电动机的电机轴上，所述小齿轮与所述旋转平台上的大齿轮相互啮合，所述电动机带动小齿轮旋转从而带动旋转平台绕自身轴线转动。

优选地，所述旋转平台包括大齿轮和支撑轴，所述大齿轮和支撑轴同轴固定连接，所述支撑轴位于支座内，并通过轴承与支座连接，所述小齿轮和大齿轮啮合。

优选地，所述第一磁铁和第二磁铁的磁场强度可根据需要选择。