【技术实现步骤摘要】
本专利技术特别涉及一种提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置及方法，属于特种加工。
技术介绍
1、激光加工（lbm, laser beam machining）将高能量密度的激光束经过聚焦透镜聚焦后作用在材料表面，光斑照射区的材料吸收激光能量，温度迅速升高至熔点或沸点，从而实现加工材料的高效去除。激光加工作为一种非接触加工方式，具有加工速度快、加工精度高、材料适应性好等特点，在航空、航天等制造行业领域得到了广泛应用。然而，激光加工的深度加工能力有限，在表层具有极高的加工效率，但随着加工深度增加效率降低，加工产物及等离子体等排出困难，导致激光效率下降，存在加工锥度和热量累计效应。除此之外，激光加工还存在热影响区、重铸层、微裂纹等其他缺陷，这些缺陷将严重影响零件的加工质量，以及使用中的可靠性和稳定性，并制约着激光加工技术的发展和应用。超快脉冲激光虽然可以实现无再铸层及热影响的加工，但其材料去除速率较低，且成本昂贵。
2、复合加工技术综合了不同加工工艺的特点和耦合效应，实现对工件材料的加工，可发挥各加工工艺的优势，同时避免单一加工工艺存在的问题。随着难加工材料 的广泛使用，对加工表面质量和精度要求逐步提高，复合加工技术因其自身优越的特性，已经逐渐成为在极端精密制造、特种加工制造等重要领域不可取代加工工艺方法。
3、为了解决微孔加工中存在的重铸层、热影响、微裂纹等问题，团队此前提出了一种以基于激光束内全反射的激光与管电极电解复合加工技术（laser-stem，laser andshaped tube elect
4、但laser-stem工艺中需将激光精准聚焦于液核光纤管电极的入口中心，存在激光对中耦合难度大、耦合范围小，激光耦合效率受耦合误差影响大等问题。因此，探索一种对激光耦合精度要求较低的高效激光耦合方法来提升laser-stem工艺的稳定性和操作简便性，仍是业界亟待解决的技术问题之一。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置及方法，从而克服现有技术中的不足。
2、为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
3、本专利技术实施例的第一个方面提供了一种提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其包括：复合激光加工头，所述复合激光加工头包括激光耦合模块、复合型工具电极和约束毛细管，所述约束毛细管间隔设置在所述激光耦合模块与所述复合型工具电极之间，所述复合型工具电极内部具有贯通的流道；
4、所述约束毛细管具有锥形的管腔以及沿自身轴向背对的第一端口、第二端口，所述管腔与所述第一端口、所述第二端口相连通，所述第一端口面向所述激光传输模块，所述第二端口面向所述复合型工具电极，所述激光传输模块用于将激光源提供的激光束耦合至所述第一端口的正投影区域，所述约束毛细管的管腔的内壁能够使自所述第一端口入射进入所述管腔、与所述管腔内壁接触的激光束发生全反射，所述第一端口的面积＞所述复合型工具电极内部流道的径向截面面积＞所述第二端口的面积＞经所述激光传输模块耦合的激光束的径向截面的面积，所述第二端口的面积＜所述复合型工具电极内部的流道的径向截面面积；
5、所述约束毛细管能够将通入自身管腔内的电解液增压形成高速的水射流，所述水射流能够协同进入所述约束毛细管自身管腔内的激光束一起被传导至所述复合型工具电极内；
6、所述复合型工具电极用于将激光束以及电解液传输至待加工工件，所述复合型工具电极能够与待加工工件、电源、电解液形成电解体系。
7、本专利技术实施例的第二个方面提供了一种提高激光与电解复合加工效率及稳定性的方法，其包括：
8、提供激光光源、电源以及所述的提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，将待加工工件置于所述复合型工具电极的出口端，将电源分别与复合型工具电极、待加工工件电连接；
9、使激光光源提供的激光束、电解液模块提供的电解液协同依次经过所述约束毛细管、所述复合型工具电极输送至待加工工件的加工区域，接通电源后进行激光与电解复合加工。
10、与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
11、本专利技术实施例提供的一种激光与电解复合加工装置，通过将激光与水射流同步耦合进锥形的约束型毛细管，利用尺寸数倍于激光焦点直径的、锥形的约束型毛细管的第一端口作为激光束的耦合入口，可以降低激光对光难度，提升激光与电解复合加工的可靠性及稳定性。
12、本专利技术实施例提供的一种激光与电解复合加工装置中的锥形的约束型毛细管的出口的尺寸远小于入口的尺寸，可形成高速的毛细管水射流，水射流内部激光功率密度高，同时，激光通过在约束型毛细管内壁的全反射效应，从大端入口传输到小端出口处，并协同水射流传导至复合型工具电极的内部进一步传导至加工区域，层流段内激光在水气界面仍通过全反射传输，激光能量损耗小、传输效率高，可以实现对工件材料的高效、高精、高表面完整性去除的加工需求。
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1.一种提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于，包括：复合激光加工头，所述复合激光加工头包括激光耦合模块、复合型工具电极和约束毛细管，所述约束毛细管间隔设置在所述激光耦合模块与所述复合型工具电极之间，所述复合型工具电极内部具有贯通的流道；
2.根据权利要求1所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于：所述第一端口的直径为所述第二端口的直径的1.5倍以上。
3.根据权利要求1或2所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于：所述激光耦合模块的出光面位于所述约束毛细管内部的管腔的第一端口上方。
4.根据权利要求1所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于：所述约束毛细管的第二端口与所述复合型工具电极的入口端之间的间距被配置为：所述约束毛细管输出的激光与电解液射流全部自所述复合型工具电极的入口端进入所述复合型工具电极的流道内；
5.根据权利要求1所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于：所述管腔内壁曲线满足其与自所述第一端口入射的激光束接触各点法线与所接触激光束夹角符合
6.根据权利要求1所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于，所述复合激光加工头还包括：
7.根据权利要求6所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于，还包括：电解液模块，所述电解液模块与所述约束毛细管的管腔连通，并至少用于向所述约束毛细管内提供电解液，所述约束毛细管的管腔的内壁的折射率低于电解液的折射率；
8.根据权利要求6所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于，还包括：运动模块，所述运动模块与所述复合激光加工头和/或待加工工件传动配合，并用于驱使所述复合激光加工头与所述待加工工件之间产生相对运动。
9.一种提高激光与电解复合加工效率及稳定性的方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的方法，其特征在于，还包括：以运动模块驱使所述复合激光加工头与所述待加工工件之间产生相对运动。
...【技术特征摘要】
1.一种提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于，包括：复合激光加工头，所述复合激光加工头包括激光耦合模块、复合型工具电极和约束毛细管，所述约束毛细管间隔设置在所述激光耦合模块与所述复合型工具电极之间，所述复合型工具电极内部具有贯通的流道；
2.根据权利要求1所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于：所述第一端口的直径为所述第二端口的直径的1.5倍以上。
3.根据权利要求1或2所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于：所述激光耦合模块的出光面位于所述约束毛细管内部的管腔的第一端口上方。
4.根据权利要求1所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于：所述约束毛细管的第二端口与所述复合型工具电极的入口端之间的间距被配置为：所述约束毛细管输出的激光与电解液射流全部自所述复合型工具电极的入口端进入所述复合型工具电极的流道内；
5.根据权利要求1所述提高激光与电解复合加工效率及稳定性的装置，其特征在于：所述管腔内壁曲...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，张玉胜，王玉峰，董强，李启元，谭建刚，张文武，姚松柏，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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