超短脈沖激光鋼箔微孔成型及錐度改善方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光加工工藝改善領(lǐng)域，特別是一種超短脈沖激光鋼箱微孔成型及錐 度改善方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在激光打孔領(lǐng)域中，普通的長(zhǎng)脈沖激光加工熱影響區(qū)大，無法滿足精密加工業(yè)中 對(duì)微孔加工的影響。而超短脈沖激光具有超強(qiáng)、超快和冷加工的優(yōu)點(diǎn)，超短脈沖激光加工可 實(shí)現(xiàn)精密微孔加工，但是所產(chǎn)生的微孔總是存在錐角問題。特別是當(dāng)激光的聚焦光斑同時(shí) 存在基模和高階模時(shí)，將會(huì)加工出畸變孔，加工出的微孔精度不高。
[0003] 鑒于常見的微孔加工方法的各種局限及普通的長(zhǎng)脈沖激光加工無法滿足精密微 孔加工要求，高速高效、節(jié)能環(huán)保同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)更小錐角的微孔加工技術(shù)一直 是備受關(guān)注的研究領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的是提供一種微孔錐度小，精度高的超短脈沖激光鋼箱微孔成型 及錐度改善方法。
[0005] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種超短脈沖激光鋼箱微孔成型及錐度改善方法，包 括以下步驟：
[0006] 激光生成步驟1 :采用飛秒激光器產(chǎn)生紅外激光；
[0007] 激光打孔步驟2 :所述的紅外激光經(jīng)過衰減處理后通過聚焦透鏡聚焦到鋼箱表面 通過輪廓迂回法在鋼箱表面制備微孔；所述的紅外激光的聚焦光斑隨著微孔深度的增加而 逐漸下移進(jìn)給；
[0008] 表面清理步驟3 :微孔制備結(jié)束后對(duì)鋼箱表面進(jìn)行清理；
[0009] 其中，所述的紅外激光為基模激光。
[0010] 需要說明的是：激光光束橫截面上的光強(qiáng)分布稱為橫模，基模TEM。。是激光光束最 簡(jiǎn)單的橫模形式，基模光束的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)散角小，能量集中。在本發(fā)明中，紅外激光的聚焦光 斑的離焦量為0。
[0011] 紅外激光的聚焦光斑隨著微孔深度的增加而逐漸下移進(jìn)給具體來說為：首先紅外 激光以輪廓迂回法的方式掃完一個(gè)圓，然后激光焦點(diǎn)進(jìn)給，然后再掃圓，以此類推直至把鋼 箱加工透，即逐層進(jìn)給，逐層加工。具體的進(jìn)給速度為：
[0013] 本方法參數(shù)一般設(shè)定為一次進(jìn)給距離20ym(鋼箱厚度約為130ym)，微孔直徑 100Iim，圓弧加工速度200Iim/s,Z軸（即設(shè)備下降的速度）進(jìn)給速度300Iim/s，所以平均 進(jìn)給速度約為12. 66ym/s)
[0014] 在上述的超短脈沖激光鋼箱微孔成型及錐度改善方法中，所述的激光打孔步驟 中，所述的紅外激光通過FP旋光模組使紅外基模激光在加工過程中保持旋轉(zhuǎn)。
[0015] 在上述的超短脈沖激光鋼箱微孔成型及錐度改善方法中，所述的激光打孔步驟 中，所述的聚焦透鏡之前還設(shè)有一個(gè)光闌。實(shí)際加工中發(fā)現(xiàn)基模激光經(jīng)透鏡聚焦后的光斑 各部分的光強(qiáng)呈現(xiàn)不均勾分布，焦點(diǎn)中心的光強(qiáng)最大，并且光強(qiáng)分布不對(duì)稱。高斯光束能量 分布不均勻會(huì)導(dǎo)致所加工的孔圓度質(zhì)量較差。為了解決這個(gè)問題，在聚焦透鏡前添加了一 個(gè)直徑8mm的光闌，阻擋掉部分光強(qiáng)分布不均勾的激光，添加光闌后的激光光斑質(zhì)量符合 加工要求。所用光闌直徑為8_，與所使用的激光光束光斑尺寸匹配，因?yàn)槭呛?jiǎn)易的光闌，所 以除了大小以外沒有特殊的規(guī)格參數(shù)要求。
[0016] 在上述的超短脈沖激光鋼箱微孔成型及錐度改善方法中，在激光打孔步驟之前還 包括光束檢測(cè)步驟，通過光束質(zhì)量分析儀對(duì)光束的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)光束的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè) 的主要是檢測(cè)光斑的尺寸和光斑能量分布，因?yàn)楣馐芰糠植疾痪鶆驎?huì)導(dǎo)致所加工的孔圓 度質(zhì)量較差，所以需要要求光束的能量分布盡量均勻。
[0017] 在上述的超短脈沖激光鋼箱微孔成型及錐度改善方法中，在激光生成步驟之前還 包括預(yù)處理步驟，所述的預(yù)處理步驟為對(duì)鋼箱表面進(jìn)行清洗并烘干。
[0018] 在上述的超短脈沖激光鋼箱微孔成型及錐度改善方法中，所述的表面清理步驟具 體為：鋼箱打孔結(jié)束后，將鋼箱置于無水酒精溶液中浸泡一段時(shí)間，然后采用超聲波清洗器 進(jìn)行清洗。
[0019] 在上述的超短脈沖激光鋼箱微孔成型及錐度改善方法中，所述的紅外激光的參數(shù) 為：脈寬400fs，波長(zhǎng)為1030nm，重復(fù)頻率為50KHz，單脈沖能量為20yJ。
[0020] 在本發(fā)明中，在對(duì)材料進(jìn)行激光打孔時(shí)，通常要考慮燒損閾值巾th。燒損閾值就是 破壞材料的表面所需要的最小激光能量密度。脈寬、重頻、單脈沖能量都會(huì)影響激光能量密 度。本方法使用的參數(shù)是經(jīng)過大量工藝實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些參數(shù)是同時(shí)兼顧燒 損閾值、加工效率和加工效果等得出的。其他參數(shù)的紅外激光也可以，只要超過燒損閾值就 可以用于加工材料。脈寬與微孔的直徑密切相關(guān)，一般脈寬越大，微孔直徑越大。
[0021] 在上述的超短脈沖激光鋼箱微孔成型及錐度改善方法中，所述的步驟2中，所述 的紅外激光的圓弧加工速率為0. 2mm/s。
[0022] 本方法之所以使用圓弧加工速率為0. 2mm/s，其實(shí)是由于本設(shè)備的加工平臺(tái)的伺 服電機(jī)有缺陷，當(dāng)加工直徑300ym以下的圓且設(shè)定的圓弧加工速度過快時(shí)，平臺(tái)X軸和y 軸的移動(dòng)速度不匹配，會(huì)導(dǎo)致微孔變成橢圓形，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)圓弧加工速率為〇. 4mm/s以上 時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重變形。圓弧加工速率可以為0. 1-0. 4mm/s，綜合圓度和加工效率的考慮使 用0. 2mm/s。在通常情況下，提尚設(shè)備精度可以使圓弧加工速率提尚。
[0023] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0024] 本發(fā)明采用的進(jìn)給及FP旋光模組減小微孔錐角的方法，在不損壞激光加工高速 高效的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，不需要昂貴的附加器件，提高經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能環(huán)保。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的流程方框圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的光路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不構(gòu)成對(duì) 本發(fā)明的任何限制。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 如圖1所示，本實(shí)施例的具體方法包括：
[0030] SOl預(yù)處理：取國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的130ym厚的06Crl9Nil0不銹鋼箱，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 99. 7%的酒精擦洗干凈，去除油脂等污漬，使用烘干機(jī)在130°C10分鐘烘干；
[0031] S02檢測(cè)光束：使用的飛秒激光器為法國(guó)AmplitudeSystems品牌激光器，型號(hào)為 S-PulseHP2,最大平均功率為6w，最小光斑直徑8ym，輸出波段1030、515、343nm，重復(fù)頻率 1~300KHz，脈寬500fs~10ps，采用反射式硬光路傳輸。
[0032] 本發(fā)明采用的是波長(zhǎng)為1030nm，脈寬為400fs的紅外激光。<