本发明专利技术提供了一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置及方法，这种装置主要包括激光打孔系统、惰性气体加热仓、机床运动系统、电场系统和数控系统，其方法是先将工件置于惰性气体加热仓中预热，然后激发惰性气体加热仓内置电场，进行激光打孔。本发明专利技术避免了工件在激光打孔过程中容易产生的氧化反应和氮化反应，大幅消减了激光打孔件上的光致局部温度梯度及残余应力，减弱了光致等离子体对入射激光的屏障效应以及吸收、反射、折射与散射作用，改善了激光束的能量密度分布，增大了入射激光的有效热输入，从而同时提升了激光打孔的质量与效率。质量与效率。质量与效率。
【技术实现步骤摘要】
一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置及方法
[0001]本专利技术涉及激光打孔技术，具体涉及一种基于惰性气体加热仓内置电场实现高质量高效率激光精密打孔的装置及方法。
技术介绍
[0002]在作为激光加工的重要领域之一，激光打孔是以激光束为热源的制孔技术，它是最早实用化的激光加工技术之一。激光焦斑处的温度高达数千甚至数万摄氏度，即使辐照在坚硬的材料上，也会使材料在瞬间发生熔化或气化。因此，激光几乎可对所有材料打孔。现代科技和工业的高速发展对硬度大熔点高的材料的应用需求越来越大，许多元器件上需要设计数量繁多的微小孔以提升产品的使用性能，尤其在航空航天、国防、军工、汽车、医疗器械以及电子仪表等高精尖领域得到了广泛的应用。与传统的制孔技术相比较，激光打孔具有加工材料范围广、能获得较大深径比、无工具损耗非接触式加工以及可在难加工材料倾斜面或曲面上加工斜孔和异型孔等优势。
[0003]然而，激光打孔技术仍然存在一些问题亟待解决。例如，激光打孔过程中产生的光致等离子体会对入射激光产生光学屏障效应，可对入射激光束产生吸收、反射、折射及散射作用，导致激光能量转化利用率降低，辐照材料表面的激光能量密度分布不均匀、不稳定，从而降低了激光打孔的效率，也使得激光打孔的锥度变大，孔壁表面质量变差；激光加工属于局部热加工，瞬间局部高温导致工件的温度梯度变大并产生较大的热应力，从而容易导致微裂纹、变形及残余应力等问题的产生；在激光辐照的高温条件下，工件材料容易在空气中发生氮化和氧化，从而导致激光打孔周边区域化学成分改变及力学性能下降。因此，迫切需要设计专利技术一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置及方法，以解决上述问题，从而同时提升激光打孔的质量与效率。
技术实现思路
[0004]针对现有激光打孔技术中存在的上述不足之处，本专利技术提供一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置及方法。该方法先将工件置于充满惰性气体的环境中进行预热，然后维持在预热温度的环境中进行激光打孔，避免了激光打孔过程中容易发生的氧化反应和氮化反应，保证了激光打孔前后工件上微孔周边区域化学成分的稳定性，同时大幅消减了激光打孔件上的光致局部温度梯度及残余应力，从而显著消减甚至避免了微裂纹的产生，显著提高了激光打孔质量。而且，本专利技术在惰性气体加热仓内引入了电场辅助激光打孔，电场可以加速驱散光致等离子体，从而消减了等离子体对入射激光的光学屏障效应以及吸收、反射、折射和散射作用，增大了入射激光的有效热输入，改善了激光束的能量密度分布，从而同时提升了激光打孔的质量与效率。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置，包括激光打孔机床、加热仓门、激光器、密封圈、惰性气体加热仓、机床底座、输气管、惰性气体瓶、控制面板、气压表、可
调直流电源及玻璃板；所述机床底座通过地脚螺栓和水平地面固定连接，所述激光器位于机床底座的左侧边缘处，通过焊接方式与机床底座相连，旁边有光纤接口，通过光纤与激光聚焦装置连接；所述激光打孔机床位于激光器的右侧，可实现X、Y、Z三个方向的高精度移位；所述惰性气体加热仓位于激光打孔机床的龙门立柱之间，与机床底座通过焊接方式固定连接，惰性气体加热仓与加热仓门通过密封圈和螺栓密封连接；加热仓门中心嵌有一块玻璃板；所述惰性气体加热仓右侧有可调直流电源，通过焊接方式和机床底座相连；所述惰性气体加热仓正面有输气管与之相连，输气管依次与气压表、惰性气体瓶相连；所述机床底座右侧边缘有一根圆形立柱，立柱上安装了整个装置的控制面板。
[0007]所述激光打孔机床包括Z向导轨、Z向丝杠、Y向滑块、X向丝杠、X向导轨、X向伺服电机、龙门立柱、激光聚焦装置、激光聚焦装置固定滑块、Y向导轨、Y向丝杠、Y向伺服电机；所述激光聚焦装置通过激光聚焦装置固定滑块与激光打孔机床相连，并通过光纤与激光器相连发射出高频激光脉冲；所述激光打孔机床为龙门机床结构，通过X、Y、Z三个方向的丝杠以及导轨之间的配合相连，伺服电机的驱动可带动激光聚焦装置实现精密移位。
[0008]所述惰性气体加热仓内有工件水平固定板、夹紧垫片、电极板、加热装置、真空隔热层、电极板固定壁、工件及温度传感器；所述电极板通过螺栓固定在惰性气体加热仓内左右两侧凸起的电极板固定壁上，仓体前侧立壁有圆形抽气孔通至仓体外部，并通过输气管和惰性气体瓶相连；所述惰性气体加热仓内下方有加热装置，可对工件预热；所述温度传感器安装在惰性气体加热仓的后壁上，实时监测仓内温度；所述惰性气体加热仓的仓体壁较厚，仓体内壁与外壁在仓体的上端连接在一起，且仓体内外壁之间有真空隔热层；所述工件水平固定板通过焊接方式固连在仓体后壁上；所述工件水平固定板的上表面位于两块电极板中心连线所在的水平面内，工件通过螺栓夹紧固定于工件水平固定板和夹紧垫片之间。
[0009]进一步，所述惰性气体加热仓内壁及夹具使用高温合金铸造而成。
[0010]进一步，所述电极板的规格为尺寸为20cm
×
20cm
×
3mm的高温合金板，板间距为40cm。
[0011]进一步，所述电极板与电极板固定壁之间的连接处装夹了耐高温陶瓷绝缘垫片。
[0012]进一步，所述电极板左侧接正极、右侧接负极，或者电极板左侧接负极、右侧接正极。
[0013]进一步，所述可调直流电源产生的电场强度通过调节电压进行调控。
[0014]进一步，所述控制面板不仅与激光器和机床伺服电机相连，同时也与加热装置的控制电路相连。
[0015]进一步，所述惰性气体加热仓内外壁之间的真空隔热层厚度为5cm。
[0016]进一步，所述惰性气体加热仓底部的加热装置的预热温度可根据工件材料选取，仓内温度通过惰性气体加热仓的内置温度传感器监测。
[0017]本专利技术的有益效果：1.本专利技术所述一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置，惰性气体瓶通过输气管向仓内输送惰性气体，使工件处于充满惰性气体的环境中进行激光打孔，避免了工件在激光打孔过程中容易产生的氧化反应和氮化反应，保证了激光打孔前后工件上微孔周边区域化学成分的稳定性。
[0018]2.本专利技术所述一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置，通过惰性气体
加热仓底部的加热装置可对工件预热，提高了激光打孔材料去除的效率，大幅消减了激光打孔件上的光致局部温度梯度及残余应力，从而显著消减甚至避免了微裂纹的产生，显著提高了激光打孔质量。
[0019]3.本专利技术所述一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置，仓内温度通过惰性气体加热仓的内置温度传感器监测，惰性气体加热仓内外壁之间有真空隔热层，对工件起到了很好的保温作用。因此，工件整体可以长时间维持在恒定的预热温度环境中，优化了激光打孔过程中工件及其周边的温度条件，同时避免了惰性气体加热仓外壁过烫导致的操作人员误触发生烫伤事故的风险。
[0020]4.本专利技术所述一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置，惰性气体加本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置，其特征在于，包括激光打孔机床（1）、加热仓门（2）、激光器（3）、密封圈（4）、惰性气体加热仓（5）、机床底座（6）、惰性气体瓶（7）、气压表（8）、控制面板（9）、可调直流电源（10）、输气管（11）及玻璃板（12）；所述机床底座（6）通过地脚螺栓和水平地面固定连接，所述激光器（3）位于机床底座（6）的左侧边缘处，通过焊接方式与机床底座（6）相连，旁边有光纤接口，通过光纤与激光聚焦装置（1
‑
9）连接；所述激光打孔机床（1）位于激光器（3）的右侧，可实现X、Y、Z三个方向的高精度移位；所述惰性气体加热仓（5）位于激光打孔机床（1）的龙门立柱之间，与机床底座（6）通过焊接方式固定连接，惰性气体加热仓（5）与加热仓门（2）通过密封圈（4）和螺栓密封连接；加热仓门（2）中心嵌有一块玻璃板（12）；所述惰性气体加热仓（5）右侧有可调直流电源（10），通过焊接方式和机床底座（6）相连；所述惰性气体加热仓（5）右侧有输气管（11）与之相连，输气管（11）依次和气压表（8）、惰性气体瓶（7）相连；所述机床底座（6）右侧边缘有一根圆形立柱，立柱上安装了整个装置的控制面板（9）。2.根据权利要求1所述一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置，其特征在于，所述激光打孔机床（1）包括Z向导轨（1
‑
1）、Z向丝杠（1
‑
2）、Y向伺服电机（1
‑
3）、Y向滑块（1
‑
4）、X向导轨（1
‑
5）、X向丝杠（1
‑
6）、X向伺服电机（1
‑
7）、龙门立柱（1
‑
8）、激光聚焦装置（1
‑
9）、激光聚焦装置固定滑块（1
‑
10）、Y向导轨（1
‑
11）、Y向丝杠（1
‑
12）；所述激光聚焦装置（1
‑
9）通过激光聚焦装置固定滑块（1
‑
10）与激光打孔机床（1）相连，并通过光纤与激光器（3）相连发射出高频激光脉冲；所述激光打孔机床（1）为龙门机床结构，通过X、Y、Z三个方向的丝杠（1
‑
6）、（1
‑
12）、（1
‑
2）以及导轨（1
‑
5）、（1
‑
11）、（1
‑
1）之间的配合相连，伺服电机的驱动可带动激光聚焦装置（1
‑
9）实现精密移位。3.根据权利要求1所述一种基于惰性气体加热仓内置电场的激光打孔装置，其特征在于，所述惰性气体加热仓（5）内有工件水平固定板（5
‑
1）、夹紧垫片（5
‑
2）、电极板（5
‑
3）、加热装置（5
‑
4）、真空隔热层（5
‑
5）、电极板固定壁（5
‑
6）、工件（5
‑
7）及温度传感器（5
‑
8）；所述电极板（5
‑
3）通过螺栓固定在惰性气体加热仓（5）内左右两侧凸起的电极板固定壁（5
‑
6）上；所述惰性气体加热仓（5）内下方有加热装置（5
‑
4），可对工件（5
‑
7）预热；所述惰性气体加热仓（5）的仓体壁较厚，仓体内壁与外壁在仓体的上端连接在一起，且仓体内外壁之间有真空...
【专利技术属性】
技术研发人员：王后孝，汪结涛，李锐，于国强，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。