雷射加工金剛石矩形微孔模具的方法
2023-06-07 04:56:11 2
專利名稱：雷射加工金剛石矩形微孔模具的方法
技術領域：
本發明涉及模具的加工方法，具體地說是涉及一種金剛石矩形微孔模具 的力口工方法。
背景技術：
金剛石拉絲模具用於拉制高強度的硬金屬絲材或高精度的軟質金屬線 材。通常情況下孔形為圓孔，即拉制的絲材截面為圓形，但是在特殊應用場 合，需要用高強度、高精度、小規格、矩形截面的鎢絲、鉬絲或其他金屬絲 材。現有技術中，製造鎢絲、鉬絲等金屬絲材可用圓形絲材通過碾壓軋制的 方法獲得，但其截面不為矩形，是截面兩端為圓弧形的扁絲，且寬度和厚度 不均，例如在l米的長度內，其寬度和厚度各段的尺寸不盡相同，不能達到
高端使用的要求；另一種辦法是用模具拉制，但現有技術的模具無法製造這 類高端絲材。
現有技術採用的硬質合金模具通常拉制截面為三角形、矩形或多邊形的 普通線材，小孔徑的線材通常採用能導電的鈷基金剛石聚晶通過電火花穿孔 的方法製造，但是最小尺寸都在O. 3隱以上，而且這種模具尺寸精度不高， 硬質合金模的使用壽命短。
電火花打孔，即在電極的一端裝夾有截面呈所需形狀(例如矩形)有一定 長度的工具電極，其材料為純銅或其他易導電的金屬(多數為純銅)，被加工 的模具毛坯裝夾在以煤油為絕緣介質的容器內作為另 一 電極，將兩電極聯接 到電火花發生器電源的輸出端。當發生器工作時，工具電極和模坯之間由控 制機構自動跟蹤達到一定距離，電脈衝場強擊穿介質產生火花放電，模坯電 極在產生火花放電的部位受到電腐蝕而損耗，同樣，工具電極也要受到電腐 蝕，故其工作部分的長度應數倍於模坯厚度。在不斷的電腐蝕下，模坯被打
通，形成與工具電極外形相似截面尺寸相近的孔，然後，再對模孔進行整形
研磨拋光。
但是此種方法受電極尺寸精度的影響、裝夾及自動進給裝置誤差、以及電
火花功率大小諸多因素影響，模孔精度不高，特別是模孔不能做小；而且穿 孔後模孔初始形狀不一定符合拉絲擠壓變形的要求，整形僅能部分校正，制 成後的孔形偏差較大，相同規格的模具孔形不盡相同，公差尺寸難以保證，
因而模具離散性大；除此之外此種方法消耗貴金屬材料一一銅及煤油，而且 製做加工小孔的電極也很困難。
因生產發展，市場需求高精度、高強度的細微矩形金屬絲材，製造這種高 端絲材的模具必須採用自然界中最硬、耐磨性最好的天然金剛石晶體製作， 但因金剛石不導電故常規的機械加工、電加工的方法在金剛石上加工矩形微
孔是無能為力的，只能另尋解決的方法。
為解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種雷射加工金剛石矩形微
孔模具的方法，此模具可拉制出孔徑小於O.lmm、高精度、高強度的矩形金
屬絲材。
本發明是這樣實現的
一種雷射加工金剛石矩形微孔模具的方法，包括下述步驟
(1 )設計模孔孔形，使其在模孔的長度方向一一Y方向和寬度方向一一 X方向的縱截面均具有絲材導入區、潤滑區、-濟壓變形區、定徑區和導出區；
(2) 根據孔形，設計編制計算機運行程序；
(3) 通過電腦程式控制三維運動平臺作空間三維運動；
(4 )通過計算機調節雷射器雷射功率，自動線性調節雷射重複脈衝頻率； (5)將雷射束聚焦在工件上，在焦點處產生火化，三維運動平臺承載模
發明內容坯，使其被加工部位在雷射焦點處運動，其中電腦程式在長度方向——Y方
向和寬度方向——X方向做閉環控制，在高度方向——Z方向不做閉環控制， 從而控制雷射束在金剛石才莫坯上逐圈、逐層掃描加工出所需要的孔形。
所述雷射束在模坯上可從導入區開始逐層掃描加工，依次為導入區、潤 滑區、擠壓變形區、定徑區，出口區從模坯反面掃描加工。
所述雷射束掃描加工4莫坯時，可先從中心點開始沿Y方向或X方向運行 到導入區的邊沿，然後以相同的間隔沿周邊向中心逐圏掃描，當運行到才莫坯 中心點後，該層結束；三維工作平臺沿Z方向上升一定高度，以次作為中點 以相同的方式進行潤滑區、擠壓變形區、定徑區的掃描加工，然後出口區從 反面以相同的方式進4亍掃描加工。
從導入區開始，所述雷射的脈衝頻率可按設定值逐層降低。以提高峰值 功率併兼顧表面加工的光潔度。
所述雷射器可為發光二級管泵輔的薄片式雷射器。
所述雷射器輸出的光經擴束鏡擴束後成平行光，經4 5度全反鏡折射， 再通過聚焦鏡聚焦於工件上，在焦點處產生火花；搡作人員通過觀測目鏡手 動控制調整三維工作平臺，使模具中心與雷射焦點重合，以次為基準參照點， 模坯表面場景成像與CCD攝像機，在計算機顯示屏上監測加工狀態。
本發明採用雷射對金剛石進行打孔加工成微孔矩形模具，由於經過調製 的峰值功率為幾千瓦到十幾千瓦的脈衝雷射能量聚焦到微米級空間的焦點 上，該範圍內呈幾萬甚至幾十萬攝氏度的高溫，足以汽化一切有形的物質， 因此，採用脈衝雷射打孔的方法是可行、有效的。
採用本發明方法在金剛石上加工出的矩形孔，最小尺寸可在0. 05 x 0. 05 毫米以下，這是現今其他加工方法不能實現的；不需其它高價值的輔助材料 如銅，煤油或其他金屬材料；採用本發明方法在金剛石上加工出的矩形孔， 其效果比電火花加工孔徑小，精度高，孔形一致性好；因雷射加工的孔形尺
寸精度高，後工序研磨加工量小，因而減輕了勞動強度，縮短了生產周期。
本發明方法同樣還可以用作加工其他非金屬材料如瓷性材料，也可以用 來加工微小圓孔(設置電腦程式控制三維工作平臺的同時載物臺做旋轉運
動即可實現圓孔的加工，最小孔徑可小於0. Olmm)。
圖1為本發明糹莫孔孔形示意圖2為實施例中雷射掃描加工軌跡示意圖3為實施本發明中光學系統框架示意圖。
具體實施例方式
本實施例提供的雷射加工金剛石矩形微孔模具的方法，包括下述步驟
(1 )設計模孔孔形，使其在模孔的長度方向一一Y方向和寬度方向一一 X方向的縱截面均具有絲材導入區1、潤滑區2、才齊壓變形區3、定徑區4和 導出區5 (如圖1所示)；
(2 )根據孔形，設計編制計算機運行程序；
(3 )通過電腦程式控制三維運動平臺作空間三維運動；其X軸和Y軸 方向行程各為5 0mm，安裝光柵位移數字測量系統，解析度小於0.5微米， 做閉環監測控制位移量之用，Z向由電機控制位移量；
(4 )採用發光二級管泵輔的薄片式雷射器，通過計算機調節雷射器雷射 功率，自動線性調節雷射重複脈沖頻率，設置從導入區開始，雷射的脈衝頻
率按設定值逐層降低。
(5)雷射器輸出的光經擴束鏡擴束後成平行光，經4 5度全反鏡折射， 再通過聚焦鏡聚焦於工件上，在焦點處產生火花；操作人員通過觀測目鏡手 動控制調整三維工作平臺，使模具中心與雷射焦點重合，以次為基準參照點，
模坯表面場景成像與CCD攝像機，在計算機顯示屏上監測加工狀態(如圖3 所示)；三維運動平臺承載模坯，使其被加工部位在雷射焦點處運動，其中計 算機程序在長度方向一一Y方向和寬度方向一一X方向做閉環控制，在高度方 向一_Z方向不做閉環控制；雷射束掃描加工模坯時，雷射從導入區1中心點 0向-Y方向運行到-Y/ 2 ,再到(-X/ 2 ， - Y/ 2 )點，然後再返向沿 周邊向中心以編草帽的形式逐圈掃描，每圈間距為8孩i米，當運行到模坯中 心點後，該層結束；三維工作平臺沿Z方向上升一定高度，以次作為中點以 相同的方式進行潤滑區2、擠壓變形區3、定徑區4的掃描加工，然後出口區 5從反面以相同的方式進行掃描加工(每層的加工如圖2所示)，最後形成所 需要的孔形。
權利要求
1、一種雷射加工金剛石矩形微孔模具的方法，其特徵在於所述方法包括下述步驟(1)設計模孔孔形，使其在模孔的長度方向——Y方向和寬度方向——X方向的縱截面均具有絲材導入區、潤滑區、擠壓變形區、定徑區和導出區；(2)根據孔形，設計編制計算機運行程序；(3)通過電腦程式控制三維運動平臺作空間三維運動；(4)通過計算機調節雷射器雷射功率，自動線性調節雷射重複脈衝頻率；(5)將雷射束聚焦在工件上，在焦點處產生火化，三維運動平臺承載模坯，使其被加工部位在雷射焦點處運動，其中電腦程式在長度方向——Y方向和寬度方向——X方向做閉環控制，在高度方向——Z方向不做閉環控制，從而控制雷射束在金剛石模坯上逐圈、逐層掃描加工出所需要的孔形。
2、 如權利要求1所述的雷射加工金剛石矩形微孔模具的方法，其特徵在 於所述雷射束在模坯上從導入區開始逐層掃描加工，依次為導入區、潤滑 區、擠壓變形區、定徑區，出口區從模坯反面掃描加工。
3、 如權利要求1所述的雷射加工金剛石矩形微孔模具的方法，其特徵在 於所述雷射束掃描加工模坯時，先從中心點開始沿Y方向或X方向運行到 導入區的邊沿，然後以相同的間隔沿周邊向中心逐圈掃描，當運行到一莫坯中 心點後，該層結束；三維工作平臺沿Z方向上升一定高度，以次作為中點以 相同的方式進行潤滑區、擠壓變形區、定徑區的掃描加工，然後出口區從反 面以相同的方式進行掃描加工。
4、 如權利要求1所述的雷射加工金剛石矩形微孔模具的方法，其特徵在 於從導入區開始，所述雷射的脈衝頻率按設定值逐層降低。
5、 如權利要求1所述的雷射加工金剛石矩形微孔模具的方法，其特徵在 於所述雷射器為發光二級管泵輔的薄片式雷射器。
6、如權利要求1所述的雷射加工金剛石矩形微孔模具的方法，其特徵在於所述雷射器輸出的光經擴束鏡擴束後成平行光，經4 5度全反鏡折射， 再通過聚焦鏡聚焦於工件上，在焦點處產生火花；操作人員通過觀測目鏡手 動控制調整三維工作平臺，使模具中心與雷射焦點重合，以次為基準參照點， 模坯表面場景成像與CCD攝像機，在計算機顯示屏上監測加工狀態。
全文摘要
本發明公開了一種雷射加工金剛石矩形微孔模具的方法，包括下述步驟(1)設計模孔孔形，使其在模孔具有絲材導入區、潤滑區、擠壓變形區、定徑區和導出區；(2)根據孔形，設計編制計算機運行程序；(3)通過電腦程式控制三維運動平臺作空間三維運動；(4)通過計算機調節雷射器雷射功率，自動線性調節雷射重複脈衝頻率；(5)將雷射束聚焦在工件上，在焦點處產生火化，三維運動平臺承載模坯，使其被加工部位在雷射焦點處運動，控制雷射束在金剛石模坯上逐圈、逐層掃描加工出所需要的孔形。本發明提供的方法可將金剛石加工成矩形微孔模具，採用此模具可拉制出孔徑小於0.1mm、高精度、高強度的矩形金屬絲材。
文檔編號B23K26/08GK101342638SQ200810030198
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月15日 優先權日2008年8月15日
發明者何慶春, 華文鬥 申請人:成都虹波實業股份有限公司