[发明专利]一种大深径比微孔高精度高效率的超快激光加工方法

说明书

本发明涉及一种大深径比微孔高精度高效率的超快激光加工方法，属于高精密智能激光制造技术领域，将高精密的激光空间整形技术和高效率的过程判断控制方法应用到微深通孔的形貌修复使微孔的形貌质量和加工效率得到提升，方法为：按照材料属性和加工工艺要求设置相应的激光加工工艺；利用高斯激光对靶材进行打孔；利用实时监测装置监测靶材，当靶材被穿透时将激光能量分布从高斯型转换为平顶型；利用平顶激光对微孔进行形貌修复加工；利用实时监测装置监测微孔出口形貌满足要求时进行下一微孔加工。本发明采用高斯型激光加工和平顶型激光修复相结合，实时监测反馈控制加工流程的加工方式，有效提高微孔加工质量和加工效率。

技术领域

本发明面向大深径比微孔高精度高效率的超快激光加工方法，属于高精密智能激光制造技术领域，将高精密的激光空间整形技术和高效率的过程判断控制方法应用到微深通孔的形貌修复使微孔的形貌质量和加工效率得到提升。

背景技术

激光微纳制造是机械制造技术的前沿和重要发展方向之一，为我国的航空航天、国防、能源、汽车、生物、医疗等众多领域提供重要的加工制造的技术支撑。激光微孔制造是突破上述工业领域中许多关键核心技术和解决关键问题的一种最佳方案。如航天航空发动机、燃气轮机涡轮叶片上的气膜冷却孔、发动机喷油嘴微孔、惯性约束聚变(ICF)点火工程中的点火靶充气微孔以及印刷电路基板上的微孔等。

目前由于对构件的性能要求以及结构设计，微孔结构在满足功能要求的前提下，尽可能的减小尺寸是增加结构稳定性的有效手段。随着新器件、新结构的不断出现以及制造水平的不断提高，微孔的尺寸要求不断减小，由亚纳米量级减小到微米量级，甚至到亚微米量级。如何加工出高质量的微纳米孔成为近年来研究的热点。同时品质要求也不断提高，包括形状、圆度、锥度、深径比、位置精度、加工区重铸层厚度、微裂纹及内外表面粗糙度等。

目前多采用高斯激光束或其他类型整形光束对材料进行打孔加工，但目前存在的问题是，利用高斯激光束对微孔进行打孔加工时，微孔锥度大，形貌质量差；若采用激光旋切的加工工艺对材料进行打孔加工时，微孔的形貌质量对运动平台的运动精度要求较高，并且旋切效率受平台运动速度的影响；利用平顶型能量分布的激光束进行深孔加工时，效率较低，所加工孔的深度较小。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在至少解决现有加工工艺或相关加工工艺中存在的工艺问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可加工出圆度好，锥度小和大数量微孔的高效率的加工工艺。

(二)技术方案

为了更高效的加工出高质量和高数量的微孔，解决上述工艺问题，本发明提供一种大深径比微孔高精度高效率的超快激光加工方法，包括如下步骤：

步骤一：根据加工工艺要求和材料属性要求，设置最佳的激光加工工艺参数；

步骤二：利用高斯型能量分布的激光束采用冲击式加工工艺对靶材进行通孔加工；

步骤三：利用监测装置对靶材进行监测，当靶材被高斯激光加工成通孔时进入下一加工步骤；

步骤四：将激光束的能量分布从高斯型分布转换成平顶型能量分布；

步骤五：利用平顶型能量分布的激光束采用冲击式加工工艺对所加工孔的形貌进行修复型加工；

步骤六：利用监测装置对靶材进行监测，当满足所预期的微孔出口形貌时进入下一加工步骤；

步骤七：移动靶材相对于激光束到下一加工位置，并将激光束调整到初始加工设置，实现周期加工。

其中，所述根据加工工艺要求和材料属性要求，设置合适的激光加工工艺参数时，按照以下原则对激光加工参数进行设定：使得在利用高斯型能量分布的激光束穿透靶材时获得最快加工效率；使得在利用平顶型能量分布的激光束修复微孔形貌时获得最好的微孔形貌质量；并且激光加工过程中离焦量是相对于整个加工平面而设置。