一種水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及激光加工的應(yīng)用領(lǐng)域，具體為水射流激光多道切割陶瓷的裝置?！颈尘凹夹g(shù)】:
[0002]水射流激光復(fù)合切割技術(shù)是在傳統(tǒng)激光加工基礎(chǔ)上引入低壓射流，低壓水射流與激光束同時(shí)到達(dá)工件，沖蝕區(qū)域稍滯后于激光加工位置。激光誘導(dǎo)目標(biāo)體熔化和蒸發(fā)，水射流帶走燒蝕的熔渣，同時(shí)水射流也起到冷卻加工工件的作用。與傳統(tǒng)激光加工相比，水射流引導(dǎo)激光加工的加工表面干凈，沒(méi)有熔渣堆積，熱影響區(qū)較小。但是，在進(jìn)行厚板陶瓷激光切割時(shí)還存在切縫太深，難以一次性清除熔渣，重鑄層、裂紋等質(zhì)量問(wèn)題提升不明顯等。
[0003]激光多道切割技術(shù)是采用激光重復(fù)多次掃描同一路徑，每道只去除預(yù)定深度的材料(小于工件厚度)，直至工件切穿。其優(yōu)點(diǎn)在于每道切割時(shí)輸入能量較低，對(duì)激光輸出功率要求低，熱載荷低于傳統(tǒng)激光切割，熱損傷較少，更適合于厚陶瓷切割。但材料去除率受輸出功率限制，其切割效率要低于傳統(tǒng)激光單道切割。對(duì)于具有熔點(diǎn)的陶瓷(如A1203和Zr02)，材料去除方式主要是基于熔融材料噴射。采用多道切割技術(shù)加工該類(lèi)陶瓷時(shí)，熔融材料重凝可能導(dǎo)致切縫堵塞，進(jìn)而降低后續(xù)切割質(zhì)量和效率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】:
[0004]為了解決上述生產(chǎn)技術(shù)中的厚陶瓷切割產(chǎn)生的影響產(chǎn)品加工質(zhì)量的裂紋和重鑄層現(xiàn)象，以及加工效率過(guò)低的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的技術(shù)，從而有效的避免在產(chǎn)品表面產(chǎn)生的熔渣堆積和重鑄層現(xiàn)象，同時(shí)減少了激光多道切割的走刀次數(shù)，大大提高了加工表面的質(zhì)量和加工效率。
[0005]本實(shí)用新型所述一種水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的裝置，該裝置包括激光系統(tǒng)、水射流系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)；
[0006]所述激光系統(tǒng)包括工作臺(tái)、輔助氣體壓縮空氣、激光頭、激光束、反射鏡；所述激光束經(jīng)反射鏡垂直射入激光頭，所述激光頭射出激光束到陶瓷片上，所述陶瓷片固定于工作臺(tái)上。
[0007]所述水射流系統(tǒng)包括水射流束、醫(yī)用針頭、噴嘴、噴槍、調(diào)節(jié)螺釘、支撐桿、萬(wàn)向輪裝置、水箱、軟管、水管、栗、聯(lián)軸器、電動(dòng)機(jī)；所述電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器連接栗，所述栗連接水管吸入水箱中的清水；所述栗同時(shí)通過(guò)軟管連接噴槍?zhuān)鰢姌屔习惭b噴嘴，所述噴嘴上安裝醫(yī)用針頭，所述醫(yī)用針頭射出水射流束到陶瓷片上，所述萬(wàn)向輪裝置通過(guò)支撐桿改變噴嘴與工作臺(tái)的水平、垂直距離，所述調(diào)節(jié)螺釘通過(guò)噴槍、噴嘴和醫(yī)用針頭改變水射流束與垂直激光束的角度。
[0008]所述凈化系統(tǒng)包括過(guò)濾網(wǎng)、過(guò)濾裝置、導(dǎo)管；所述過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾收集的廢水后排入過(guò)濾裝置，所述過(guò)濾裝置同時(shí)通過(guò)導(dǎo)管連接水箱。
[0009]在本實(shí)用新型中，所述水射流束與激光束的角度為10°?35°，所述水射流束的壓力為2?6bar。
[0010]在本實(shí)用新型中，所述激光束第一刀能量為30?150mJ，激光束第二刀能量為170?240mJ，掃描速度為0.4?0.8.mm/s。
[0011]在本實(shí)用新型中，所述過(guò)濾網(wǎng)尺寸為50?100目，所述過(guò)濾裝置采用32?64層醫(yī)用紗布填充。
[0012]在本實(shí)用新型中，所述醫(yī)用針頭⑶直徑為1.20mm。
[0013]實(shí)施本實(shí)用新型的一種水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的裝置，具有以下有益的效果:
[0014](1)本裝置原理合理，操作簡(jiǎn)便，同時(shí)低壓水射流的裝置成本低；；
[0015](2)利用水射流降低熱影響區(qū)和沖蝕熔渣，可以有效解決厚陶瓷多道切割過(guò)程中存在的裂紋和熔渣堵塞切縫問(wèn)題，提高了厚陶瓷的切割質(zhì)量；
[0016](3)利用水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的裝置，在保證水射流沖蝕角度的條件下能夠很容易的排除熔渣，進(jìn)行2刀切割時(shí)，與傳統(tǒng)激光多道切割相比，切割效率百倍提升，另一方面降低了邊緣塌陷、切縫錐度等問(wèn)題，為陶瓷的切割提供了一種新的選擇。
【附圖說(shuō)明】
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[0017]圖1為本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0018]其中:1、導(dǎo)管；2、過(guò)濾裝置3、過(guò)濾網(wǎng)；4、工作臺(tái)；5、陶瓷片；6、輔助氣體壓縮空氣；7、激光頭；8、激光束；9、反射鏡；10、水射流束；11、醫(yī)用針頭；12、噴頭；13、噴槍?zhuān)?4、調(diào)節(jié)螺釘；15、支撐桿；16、萬(wàn)向輪裝置；17、水箱；18、軟管；19、水管；20、栗；21、聯(lián)軸器；22電動(dòng)機(jī)。
[0019]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施的水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0020]為詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型構(gòu)造特征及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說(shuō)明。
[0021]如圖1所示，包括激光系統(tǒng)、水射流系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)。激光系統(tǒng)中激光束⑶和輔助壓縮空氣(6)負(fù)責(zé)在陶瓷片上進(jìn)行氧助熔融去除切割。水射流系統(tǒng)起輔助作用，水射流束(10)的沖蝕作用有效地減少切縫內(nèi)的熔渣。凈化系統(tǒng)起到保護(hù)環(huán)境、降低成本作用，使用后的廢水通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)(3)和過(guò)濾裝置(2)重新進(jìn)入水箱(17)，可以重復(fù)使用。
[0022]激光系統(tǒng)包括工作臺(tái)(4)、輔助氣體壓縮空氣(6)、激光頭(7)、激光束(8)、反射鏡
(9);所述激光束(8)經(jīng)反射鏡(9)垂直射入激光頭(7);所述激光頭(7)射出激光束(8)到陶瓷片(5)上，所述陶瓷片(5)固定于工作臺(tái)⑷上；
[0023]水射流系統(tǒng)包括水射流束(10)、醫(yī)用針頭(11)、噴嘴(12)、噴槍(13)、調(diào)節(jié)螺釘(14)、支撐桿(15)、萬(wàn)向輪裝置(16)、水箱(17)、軟管(18)、水管(19)、栗(20)、聯(lián)軸器
(21)、電動(dòng)機(jī)(22);所述電動(dòng)機(jī)(22)通過(guò)聯(lián)軸器(21)連接栗(20)，所述栗(20)連接水管
(19)吸入水箱(17)中的清水；所述栗(20)同時(shí)通過(guò)軟管(18)連接噴槍(13)，所述噴槍
(13)上安裝噴嘴(12)，所述噴嘴(12)上安裝醫(yī)用針頭(11)，所述醫(yī)用針頭(11)射出水射流束(10)到陶瓷片(5)上；所述萬(wàn)向輪裝置(16)通過(guò)支撐桿(15)改變噴嘴(12)與工作臺(tái)(4)的水平、垂直距離；所述調(diào)節(jié)螺釘(14)通過(guò)噴槍(13)、噴嘴(12)和醫(yī)用針頭(11)改變水射流束(10)與垂直激光束(8)的角度；
[0024]凈化系統(tǒng)包括過(guò)濾網(wǎng)(3)、過(guò)濾裝置(2)、導(dǎo)管⑴；所述過(guò)濾網(wǎng)(3)過(guò)濾收集的廢水后排入過(guò)濾裝置(2)，所述過(guò)濾裝置(2)同時(shí)通過(guò)導(dǎo)管(1)連接水箱(17)。
[0025]利用本實(shí)用新型的裝置進(jìn)行加工，以尺寸為30mmx20mmxlmm的96% A1203陶瓷為例，具體步驟如圖2:
[0026]S1，固定陶瓷片，并確定加工位置:
[0027]把陶瓷片(5)固定在工作臺(tái)(4)上，調(diào)整Nd3+:YAG激光器，在陶瓷片(5)確定切割路徑10mm。
[0028]S2，調(diào)整水射流系統(tǒng)工藝參數(shù):
[0029]在水箱(17)中加入足夠的冷卻水，醫(yī)用針頭(11)直徑為1.20mm，選用開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)
(22)，固定調(diào)節(jié)螺母(14)，使得水射流束(10)與垂直激光束(8)角度為20°。調(diào)節(jié)萬(wàn)向輪裝置(16)使噴嘴(12)與加工區(qū)域距離350mm，水射流束沖蝕點(diǎn)滯后激光束加工點(diǎn)1mm，調(diào)節(jié)栗(20)，固定水射流壓力為5bar。
[0030]S3，調(diào)整激光系統(tǒng)工藝參數(shù)，切割第一刀:
[0031]調(diào)節(jié)激光束⑶能量為80mJ，調(diào)節(jié)激光頭(7)距離陶瓷片(5) 1mm，開(kāi)啟輔助氣體
(6)，在S1中的軌跡上切割第一刀。
[0032]S4，重新調(diào)整激光系統(tǒng)工藝參數(shù)，保持其他參數(shù)不變:
[0033]調(diào)節(jié)激光束(8)能量為180mJ，保持其他參數(shù)全部不變。
[0034]S5，沿原軌跡進(jìn)行第二刀切割，完成陶瓷片分離:
[0035]走刀路徑不變，且不能往復(fù)切割。
[0036]加工過(guò)程結(jié)束。
[0037]通過(guò)上述步驟可以方便的完成A1203陶瓷片的高質(zhì)量切割，通過(guò)水射流系統(tǒng)的設(shè)置，一方面提高切割質(zhì)量，另一方面降低了粉塵污染；利用凈化系統(tǒng)裝置的重復(fù)利用水資源，節(jié)約了成本，也減少了廢水污染問(wèn)題。
[0038]以上實(shí)施例只為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的裝置，其特征在于，包括激光系統(tǒng)、水射流系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)； 所述激光系統(tǒng)包括工作臺(tái)(4)、輔助氣體壓縮空氣￠)、激光頭(7)、激光束(8)、反射鏡(9);所述激光束(8)經(jīng)反射鏡(9)垂直射入激光頭(7);所述激光頭(7)射出激光束(8)到陶瓷片(5)上，所述陶瓷片(5)固定于工作臺(tái)⑷上； 所述水射流系統(tǒng)包括水射流束(10)、醫(yī)用針頭(11)、噴嘴(12)、噴槍(13)、調(diào)節(jié)螺釘(14)、支撐桿(15)、萬(wàn)向輪裝置(16)、水箱(17)、軟管(18)、水管(19)、栗(20)、聯(lián)軸器(21)、電動(dòng)機(jī)(22);所述電動(dòng)機(jī)(22)通過(guò)聯(lián)軸器(21)連接栗(20)，所述栗(20)連接水管(19)吸入水箱(17)中的清水；所述栗(20)同時(shí)通過(guò)軟管(18)連接噴槍(13)，所述噴槍(13)上安裝噴嘴(12)，所述噴嘴(12)上安裝醫(yī)用針頭(11)，所述醫(yī)用針頭(11)射出水射流束(10)到陶瓷片(5)上；所述萬(wàn)向輪裝置(16)通過(guò)支撐桿(15)改變噴嘴(12)與工作臺(tái)(4)的水平、垂直距離；所述調(diào)節(jié)螺釘(14)通過(guò)噴槍(13)、噴嘴(12)和醫(yī)用針頭(11)改變水射流束(10)與垂直激光束(8)的角度； 所述凈化系統(tǒng)包括過(guò)濾網(wǎng)(3)、過(guò)濾裝置(2)、導(dǎo)管(1);所述過(guò)濾網(wǎng)(3)過(guò)濾收集的廢水后排入過(guò)濾裝置(2)，所述過(guò)濾裝置(2)同時(shí)通過(guò)導(dǎo)管(1)連接水箱(17)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的裝置，其特征在于，所述水射流束(10)與激光束(8)的角度為10°?35°，所述水射流束(10)的壓力為2?6bar。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的裝置，其特征在于，所述激光束第一刀能量為30?150mJ，激光束第二刀能量為170?240mJ，掃描速度為0.4?0.8.mm/So4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的裝置，其特征在于，所述過(guò)濾網(wǎng)⑶尺寸為50?100目，所述過(guò)濾裝置(2)采用32?64層醫(yī)用紗布填充。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的裝置，其特征在于，所述醫(yī)用針頭(8)直徑為1.20mm。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種水射流激光復(fù)合多道切割陶瓷的裝置，包括激光系統(tǒng)、水射流系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)，激光系統(tǒng)起加工作用，水射流系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)起輔助作用。激光系統(tǒng)發(fā)出激光束通過(guò)反射鏡照射到工件上，其激光束能量可調(diào)節(jié)；水射流系統(tǒng)的水射流束通過(guò)噴槍上的醫(yī)用針頭噴出，其壓力可通過(guò)泵調(diào)節(jié)，沖蝕角度通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)，沖蝕靶距通過(guò)萬(wàn)向輪裝置調(diào)節(jié)；凈化系統(tǒng)收集工作臺(tái)的廢水后，經(jīng)處理重新返回到水箱。三個(gè)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)共同組成本實(shí)用新型裝置，最終可以實(shí)現(xiàn)在陶瓷無(wú)損分離，有著切縫無(wú)熔渣堆積、表面干凈、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，并且降低了多道切割的走刀次數(shù)。
【IPC分類(lèi)】B23K26/14, B23K26/402, B23K26/38, B23K26/70
【公開(kāi)號(hào)】CN205111080
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520726634
【發(fā)明人】袁根福, 張大明, 謝兵兵
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年9月21日