專利名稱：：用于噴油嘴微孔加工的皮秒激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種皮秒激光加工裝置，用于加工噴油嘴上的微孔。
背景技術(shù)：
：噴油器裝在發(fā)動機(jī)氣缸蓋上，作用是將燃油霧化成較細(xì)的顆粒，并噴入到燃燒室中和空氣形成良好的可燃混合汽，從而提高燃燒效率。噴油器由上部的噴油器體和下部的噴油嘴組成，高壓燃油經(jīng)噴油器體從噴油嘴上小孔出射形成霧化顆粒，顆粒大小由燃油壓力與小孔直徑?jīng)Q定，因而小孔的質(zhì)量對最終的燃燒效率有至關(guān)重要的作用。根據(jù)噴油嘴種類的不同，其小孔的形狀也不同。小孔直徑在0.15lmm之間，目前常用噴油嘴上的小孔直徑一般在0.150.55mm之間，小孔深度小于lmm，小孔數(shù)量小于15個。目前，現(xiàn)有的機(jī)械加工技術(shù)在材料上打微型小孔一般只能加工孔徑大于0.25mm的??？L，利用高端機(jī)械鉆孔機(jī)雖然可以鉆孔徑O.lmm左右的孔，但其缺點(diǎn)在于價(jià)格昂貴、壽命較短，難以加工硬質(zhì)合金，加工后的小孔內(nèi)壁有毛刺等缺點(diǎn)。電火花加工技術(shù)也常用來加工小孔。電火花技術(shù)可加工直徑O.lmm以下的微？L，其加工精度較高。缺點(diǎn)在于速度慢，電極壽命短且越小成本越高。目前激光已被應(yīng)用在微孔加工領(lǐng)域。利用光學(xué)系統(tǒng)可以將激光聚焦到小于0.01mm的光點(diǎn)，光點(diǎn)處的功率密度可達(dá)到109W/cm2，加工時(shí)材料被熔化、汽化，從而形成小孔。相比于機(jī)械與電火花加工方式，激光加工技術(shù)有著顯著的優(yōu)勢其加工速度快，每秒鐘可加工上千個孔，且孔一致性較好；成本較低，無工具損耗；壽命長，工作穩(wěn)定。目前工業(yè)3上激光鉆微孔普遍使用的是光脈沖寬度為納秒(10—、)的激光器。由于納秒激光器所產(chǎn)生的光脈沖寬度為納秒級，與材料相互作用時(shí)熱效應(yīng)明顯，孔邊緣出現(xiàn)不光滑、燒焦、崩口、熱裂紋等現(xiàn)象，導(dǎo)致加工精度降低。此外，通常使用的振鏡掃描式光學(xué)系統(tǒng)雖然可加工O.lmm左右的微孔，但其缺點(diǎn)在于加工效率低，所能加工的小孔徑深比有限，無法加工較深的小孔。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用于噴油嘴微孔加工的皮秒激光加工裝置，旨在有效提高加工效率，增加噴孔徑深比，提高噴孔加工精度與質(zhì)量。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)用于噴油嘴微孔加工的皮秒激光加工裝置，包括皮秒激光器、校準(zhǔn)系統(tǒng)和螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)，特點(diǎn)是所述皮秒激光器的輸出端布置有第一反射鏡，第一反射鏡銜接第二反射鏡，第二反射鏡的輸出端設(shè)置光閘，光閘的輸出端連接有擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡的輸出端銜接有第三反射鏡，第三反射鏡通過校準(zhǔn)系統(tǒng)與螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)相銜接。進(jìn)一步地，上述的用于噴油嘴微孔加工的皮秒激光加工裝置，所述皮秒激光器輸出的激光為皮秒級綠色激光，波長為532nm。更進(jìn)一步地，上述的用于噴油嘴微孔加工的皮秒激光加工裝置，所述擴(kuò)束鏡的放大倍率為3~10倍可調(diào)。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在本發(fā)明采用波長為532nm、光脈沖寬度為皮秒級的激光器與螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)相結(jié)合組成加工裝置，用于加工噴油嘴微孔，加工所產(chǎn)生的熱效應(yīng)小，噴孔邊緣光滑，內(nèi)壁無毛刺，加工效率及精度高。噴孔直徑大小可調(diào)，最小可達(dá)60um;形狀可保證為圓柱形，其徑深比可達(dá)l:20。顯著減少了加工過程中的熱效應(yīng)，提高加工效率，大大改善噴孔加工精度與質(zhì)量。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明:圖l:本發(fā)明光路結(jié)構(gòu)的示意圖;叨，口A站単rV4處士h^l舎閱由^h、/X^J表且口J^口T"J/J、g、閨o圖中各附圖標(biāo)記的含義見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>具體實(shí)施例方式本發(fā)明設(shè)計(jì)一種激光微孔加工裝置，利用皮秒激光與螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)相結(jié)合加工噴油嘴上的微孔，皮秒激光經(jīng)光學(xué)傳輸與校準(zhǔn)系統(tǒng)后進(jìn)入螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)，由軟件控制螺旋光學(xué)系統(tǒng)將光束聚焦后進(jìn)行微孔加工。如圖1、圖2所示，用于噴油嘴微孔加工的皮秒激光加工裝置，包括皮秒激光器1、校準(zhǔn)系統(tǒng)7和螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8，皮秒激光器1的輸出端布置有第一反射鏡2，第一反射鏡2銜接第二反射鏡3，第二反射鏡3的輸出端設(shè)置光閘4，光閘4的輸出端連接有擴(kuò)束鏡5，擴(kuò)束鏡5的輸出端銜接有第三反射鏡6，第三反射鏡6通過校準(zhǔn)系統(tǒng)7與螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8相銜接。皮秒激光器1輸出的激光波長為532nm綠色激光，金屬物質(zhì)對于此波段的光束具有較高的吸收率，從而使聚焦光斑處能量得到充分利用，可減少加工時(shí)的熱效應(yīng)。激光的脈沖寬度為皮秒級，其單脈沖功率是納秒脈沖功率的1000倍，材料直接被氣化而不經(jīng)過熔融態(tài)，可有效的減少熱效應(yīng)的發(fā)生。從而使小孔邊緣光滑，內(nèi)壁無毛刺等殘留。光路傳輸中光閘4起到激光通斷的外部控制，不處于加工狀態(tài)時(shí)可對激光進(jìn)行阻攔，也起到一定的保護(hù)作用，防止操作人員受到意外傷害。擴(kuò)束鏡5的放大倍率從310倍可調(diào)，其作用是將激光光束的直徑擴(kuò)大并進(jìn)行準(zhǔn)直，使出射光束的平行度更佳，有利于將光束在后續(xù)的系統(tǒng)中進(jìn)行聚焦。擴(kuò)束鏡5的倍率與聚焦光斑的直徑成反比，因此倍率可調(diào)能有效的控制聚焦光斑的直徑與能量大小。光路校準(zhǔn)系統(tǒng)7用于雙光路的光路校準(zhǔn)，其原理是使激光通過處在同一軸線上相隔一定距離的兩個小孔以確定其傳輸路徑，從而確保光束以最佳路徑進(jìn)入螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8。螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8出射的光線高速繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)，這樣避免了因光束本身圓度不佳導(dǎo)致的噴孔圓度下降。光束經(jīng)聚焦后出射光束沿一圓錐面對加工材料進(jìn)行高速環(huán)鋸，使噴孔的加工徑深比達(dá)到1:20。在此過程中，旋轉(zhuǎn)的速度可以由軟件控制進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。環(huán)鋸圓的直徑即為所需加工噴孔的直徑，可通過軟件設(shè)置其大小，可加工噴孔的最小直徑為60um。與普通振鏡式激光鉆孔所鉆出的孔呈錐形相比，螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)出射的光束與加工表面的夾角也可由軟件進(jìn)行控制，從而保證加工出的噴孔為圓柱型孔。反射鏡主要起到光路偏轉(zhuǎn)的作用，反射鏡與反射鏡及反射鏡與擴(kuò)束鏡之間的距離沒有特定的限制，但是其位置在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)鏡片的中心盡量保持水平一致或是垂直一致(圖中光路轉(zhuǎn)角為直角)，以方便光路的調(diào)節(jié)。具體應(yīng)用時(shí)，如圖1，由皮秒激光器1輸出脈沖寬度為皮秒級的綠色532nm波長激光束，經(jīng)過第一反射鏡2、第二反射鏡3后，通過光閘4進(jìn)入擴(kuò)束鏡5，經(jīng)擴(kuò)束后通過第三反射鏡6進(jìn)入校準(zhǔn)系統(tǒng)7，使光速經(jīng)過確定路徑進(jìn)入螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8，最后經(jīng)螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)8聚焦于工作平臺9上的噴油嘴，將聚焦點(diǎn)處的材料直接氣化剝除，從而加工出噴孔。綜上所述，選用532nm、光脈沖寬度達(dá)到皮秒級，功率密度達(dá)到1012W/cm2的激光，可有效減少激光加工金屬時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)。螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)不僅使加工噴孔的效率得到顯著提高，同時(shí)噴孔直徑的精度、噴孔形狀以及噴孔的加工深度，也都能得到很好的滿足，其應(yīng)用前景十分看好。需要理解到的是上述說明并非是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)，所進(jìn)行的添加、變換、替換等，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.用于噴油嘴微孔加工的皮秒激光加工裝置，包括皮秒激光器、校準(zhǔn)系統(tǒng)和螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)，其特征在于所述皮秒激光器的輸出端布置有第一反射鏡，第一反射鏡銜接第二反射鏡，第二反射鏡的輸出端設(shè)置光閘，光閘的輸出端連接有擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡的輸出端銜接有第三反射鏡，第三反射鏡通過校準(zhǔn)系統(tǒng)與螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)相銜接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于噴油嘴微孔加工的皮秒激光加工裝置，其特征在于所述皮秒激光器輸出的激光為皮秒級綠色激光，波長為532nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于噴油嘴微孔加工的皮秒激光加工裝置，其特征在于所述擴(kuò)束鏡的放大倍率為310倍可調(diào)。全文摘要本發(fā)明提供一種用于噴油嘴微孔加工的皮秒激光加工裝置，包括皮秒激光器、校準(zhǔn)系統(tǒng)和螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)，皮秒激光器的輸出端布置有第一反射鏡，第一反射鏡銜接第二反射鏡，第二反射鏡的輸出端設(shè)置光閘，光閘的輸出端連接有擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡的輸出端銜接有第三反射鏡，第三反射鏡通過校準(zhǔn)系統(tǒng)與螺旋光學(xué)加工系統(tǒng)相銜接。該裝置適用于加工噴油嘴微孔，加工所產(chǎn)生的熱效應(yīng)小，噴孔邊緣光滑，內(nèi)壁無毛刺，加工效率及精度高，噴孔直徑大小可調(diào)，最小可達(dá)60um；形狀可保證為圓柱形，其徑深比可達(dá)1∶20，大大提高噴孔加工精度與質(zhì)量。文檔編號B23K26/00GK101502914SQ20091002548公開日2009年8月12日申請日期2009年3月6日優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日發(fā)明者趙裕興,良郭申請人:蘇州德龍激光有限公司