[发明专利]一种密集孔激光精密加工方法

说明书

本发明公开了一种密集孔激光精密加工方法，包括：通过长行程运动机构带动激光加工头移动至基材待加工孔位置，通过微动机构带动激光加工头在基材待加工孔位置进行激光打孔，激光打孔包括以下步骤：定位孔中心；形成孔边界；孔成型；去除孔内材料。本发明解决了现有技术激光打孔工艺中存在的难以适用于大面积高密度群孔加工场合，且加工效率低下以及孔质量不高等问题，该加工方法可在平面及复杂曲面上打出高质量的群孔，泛用性强，且加工时间短，打孔效率高。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，特别涉及一种密集孔激光精密加工方法，利用激光在单平面、多平面或曲面材料上加工出密集孔(微群孔)，可应用于航天航空、军事、化工、医疗、环保等多种行业。

背景技术

当前激光打孔已广泛应用于航空航天、医疗器械、五金零件等高精端的产品的关键零部件加工工艺中。激光打孔指激光经聚焦后作为高强度热源对材料进行加热，使激光作用区内材料融化或气化继而蒸发从而形成孔洞的激光加工过程。利用透镜聚焦使激光束在空间和时间上高度集中，可将激光光斑直径缩小至105～1015瓦每平方厘米的功率密度，在如此高的功率密度下激光即可对几乎所有材料进行打孔加工。如利用激光打孔技术可在高熔点的钼板上加工出微米量级的孔，亦可在硬质合金(碳化钨)上加工几十微米量级的小孔。

激光打孔仅限于在薄板上加工疏密度低的群孔时，才可以保证加工速度，且能够加工出较大的孔深径比。当需要进行大面积的群孔加工，密度孔(加工孔的面积与加工材料面积之比)占比达到0.5～0.785时，如加工发动机上的冷却孔及燃烧孔，由于现有激光打孔装置的激光加工头受垂直方向运动范围的限制，无法进行大曲面的随动打孔加工，也无法加工倾斜表面的小孔，难以实现高密度的群孔加工；同时，以激光加工中常用以控制激光光束的振镜为例，其可适用的加工范围小，无法进行大面积的工件加工。因此，现有的激光打孔工艺难以在极短的时间内精准定位孔位置并在大面积的曲面上完成群孔加工。

现有激光打孔技术多采用脉冲激光作用于工件表面，用于加工的脉冲激光功率密度通常为106～108瓦每平方厘米，由于激光作用时间短，对于厚板和散热快的材料，去除材料能力差；现有的激光脉冲打孔系统难以实现对工件上的加工孔位精确定位；在加工高深孔时，相同的功率下熔化的金属量少，难以达到所需加工深度；在没有保护气体和吹扫气体辅助下进行激光脉冲打孔，孔的边缘毛刺多，内壁不光滑，且由于热量集中易引起加工件变形。因此，现有的激光脉冲打孔技术还存在加工出的群孔质量不够高的问题。

另外，现有激光打孔技术由于激光本身的高能量密度的特性，不易精确控制加工深度，实现盲孔加工具有一定的困难。

有鉴于此，亟待开发一种新的激光精密加工工艺，可高质高效的完成多种类型群孔的加工，更好的满足大面积高密度群孔加工的需求。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决上述现有技术激光打孔工艺中存在的难以适用于大面积高密度群孔加工场合，且加工效率低下以及孔质量不高等问题，提供一种密集孔激光精密加工方法，可在平面及复杂曲面上打出高质量的群孔，泛用性强，且加工时间短，打孔效率高。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种密集孔激光精密加工方法，其特征在于，该加工方法包括：

通过长行程运动机构带动激光加工头移动至基材待加工孔位置，通过微动机构带动激光加工头在基材待加工孔位置进行激光打孔，所述激光打孔包括以下步骤：

步骤1、定位孔中心，包括：采用连续激光光束照射基材形成穿孔点，以所述穿孔点作为待加工孔的孔中心；

步骤2、形成孔边界，包括：采用激光光束环绕孔中心按照待加工孔的孔型扫描形成孔边界；

步骤3、孔成型，包括：在孔边界范围内，采用脉冲激光光束按照待加工孔的孔型螺旋下降扫描照射基材，逐层熔化切除孔内基材使孔成型；

步骤4、去除孔内材料，包括：通过高速射流吹扫，去除孔内残余的熔渣；