一种液体射流辅助激光加工多孔材料的方法及装置

本发明涉及激光加工的，尤其涉及一种液体射流辅助激光加工多孔材料的方法及装置。

背景技术：

1、多孔质气体静压轴承是一种采用多孔材料作为节流器的气体润滑轴承，由于多孔质节流器内部具有众多相互连通的微米级孔隙，因此多孔质气体静压轴承具有承载力高、气膜分布均匀、稳定性高等优点，广泛应用于半导体的加工和检测装备中。常用的多孔质材料有多孔质石墨、多孔质陶瓷、多孔质金属等，在多孔质气体静压轴承的制造过程中，需要对多孔质表面进行精密和超精密加工，以确保轴承的尺寸精度和多孔质材料的透气性。传统的加工方法主要为金刚石车削和超精密研磨，然而，加工后的多孔材料仍然难以保证渗透性能的一致性，导致轴承承载力不尽相同，并且加工时产生的颗粒和碎屑易引起孔洞堵塞，进一步加剧了多孔质节流器渗透性能的差异。为此，需进行多道次重复加工，以确保孔隙的通透性和一致性，不仅降低了生产效率，而且提高了生产成本。

2、而激光加工是一种非接触式的特种加工方法，避免了传统加工中因切削力引起的机械应力、刀具磨损和工件变形等问题，尤其适合多孔材料的加工。但是传统的激光加工方法中，多采用激光直接烧蚀加工或者把材料整体放置于溶液中以及在激光加工区域的侧面喷射射流液体辅助加工，但激光直接烧蚀加工不可避免在材料加工区域造成了热损伤、表面重铸物和加工区域微裂纹等缺陷；直接把材料放置于溶液环境虽然能够降低热量防止氧化，但溶液通常接近静止状态，无法及时带走热量和颗粒物，易影响后续加工质量；而传统的射流液体辅助加工易将激光加工产生的颗粒物重新冲进孔隙中，不适合多孔材料的加工。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种液体射流辅助激光加工多孔材料的方法及装置，避免加工加工产生的颗粒物堵塞多孔材料的孔隙，同时防止多孔材料出现热损伤。

2、根据本发明的一方面，提供一种液体射流辅助激光加工多孔材料装置，其包括：

3、机架；

4、液体射流机构，所述液体射流机构装设于所述机架，所述液体射流机构包括射流底座，所述射流底座设有加工槽，所述加工槽用于安置多孔材料，并且所述多孔材料将所述加工槽的槽腔分隔为下层进液腔和上层出液腔，所述多孔材料位于所述下层进液腔与所述上层出液腔之间，并通过自身的孔隙将所述下层进液腔与所述上层出液腔连通；

5、液体循环机构，所述液体循环机构装设于所述机架，并与所述上层出液腔以及所述下层进液腔连通；

6、散热过滤机构，所述散热过滤机构装设于所述机架，并与所述液体循环机构连通；

7、激光加工机构，所述激光加工机构装设于所述机架，配置为对所述多孔材料进行激光加工。

8、在其中一个实施例中，所述液体射流机构还包括顶盖和密封圈，所述顶盖通过所述密封圈密封安装于所述射流底座位于所述加工槽的槽口一侧，所述顶盖与所述射流底座配合夹紧所述多孔材料；所述射流底座还还设有进液孔和排液孔，所述进液孔与所述下层进液腔以及所述液体循环机构连通，所述排液孔与所述上层出液腔以及所述液体循环机构连通。

9、在其中一个实施例中，所述液体射流机构还包括石英玻璃板，所述石英玻璃板装设于所述顶盖的内侧，并将所述加工槽的槽口封闭。

10、在其中一个实施例中，所述液体循环机构包括液体泵、输液管组、回液管和排液管组，所述液体泵的回液口通过所述回液管与所述散热过滤机构连通，所述液体泵的出液口通过所述输液管组与所述进液孔连通，所述排液管组将所述排液孔与散热过滤机构连通。

11、在其中一个实施例中，所述输液管组包括输液管、总阀、减压阀、三通管和压力表，所述输液管将所述液体泵的出液口与所述进液孔连通，所述总阀、所述减压阀和所述三通管依次安装于所述输液管中，所述压力表装设于所述三通管上。

12、在其中一个实施例中，所述减压阀配置为随着所述多孔材料的孔隙的孔径逐渐加工增大，而逐步提高通入所述下层进液腔内的射流液体的压力；所述减压阀配置为随着所述多孔材料的孔隙数量的增加，而逐渐提高通入所述下层进液腔内的射流液体的压力。

13、在其中一个实施例中，所述散热过滤机构包括过滤箱、进液管、空气滤清器、滤芯和底塞，所述进液管设置于所述过滤箱的盖板上并与所述排液管组连通，所述空气滤清器设置于所述过滤箱的盖板上，所述过滤箱的底壁呈向中倾斜设置，所述底塞安装于所述过滤箱的底壁的位置最低处，所述过滤箱的内部安装有格栅，所述滤芯安装于所述过滤箱的侧壁并与所述回液管连通。

14、在其中一个实施例中，所述液体射流机构还包括固定夹块、活动夹块和调节组件，所述固定夹块和所述调节组件分别设于所述射流底座内，所述活动夹块与所述调节组件连接，并能靠近或远离所述固定夹块移动，所述活动夹块与所述固定夹块之间围成有夹持腔，所述夹持腔用于装夹气体静压轴承，所述多孔材料装设在所述气体静压轴承上；

15、所述激光加工机构包括三轴位移模组、激光器、振镜和场镜，所述三轴位移模组设置于所述机架的顶部，所述激光器安装于所述三轴位移模组上，所述振镜与所述激光器的镜头连接，所述场镜安装于所述振镜。

16、根据本发明的另一方面，还提供一种液体射流辅助激光加工方法，应用于如上所述的液体射流辅助激光加工多孔材料装置，所述液体射流辅助激光加工方法包括如下步骤：

17、s10：将多孔材料放置于液体射流机构的射流底座内，射流底座周围压入密封圈，盖上带有石英玻璃板的顶盖，分别将输液管和排液管组连接至射流底座的进液孔和排液孔；

18、s20：启动液体泵，打开总阀，使射流液体由下至上穿过多孔材料，在多孔材料的上表面形成一层液体膜，并且排出石英玻璃板下方多余的空气；调节减压阀，观察压力表，调节射流液体压力至合适值，确保射流液体充满整个液体射流机构；

19、s30：通过控制系统调节激光加工机构的各项参数；

20、s40：启动激光器，激光束对多孔材料进行加工，每加工完一个扫描区域后，启动三轴位移模组使激光束对准下一个加工区域中心，继续启动振镜进行加工，依此类推，直至完成对多孔材料所有区域的加工；

21、s50：加工时射流液体夹带的颗粒物、气泡、热量经排水管流入过滤箱，颗粒物在过滤箱中沉淀，气泡经空气滤清器排出，含有热量的射流液体在过滤箱中逐渐冷却，滤芯对射流液体中残留的残留颗粒物和气泡进行最终过滤，洁净冷却后的射流液体在液体泵的泵送作用下进入到液体射流机构内部继续进行射流作业，拧开底塞可排出沉淀和过滤的颗粒物；

22、s60：加工完多孔材料上的预定区域后，关闭装置，取出多孔材料，完成多孔材料加工。

23、在其中一个实施例中，在所述步骤s50中，加工时根据激光扫描次数的增加，调节所述减压阀，液体射流压力随孔的孔径和/或数量的增大而逐步提高，以使射流液体夹带的颗粒物、气泡、热量经排水管流入所述过滤箱。

24、实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

25、本方案的液体射流辅助激光加工多孔材料装置中，机架将液体射流机构、液体循环机构、散热过滤机构和激光加工机构集成安装于一体，实现紧凑化布局，便于各机构装配连接，以构建更高效的液流路径，提高加工效能。加工时，将多孔材料置入射流底座的加工槽内，以将加工槽的槽腔分隔为上下排布的上层出液腔和下层进液腔，紧接着启动液体循环机构，液体循环机构可首先向下层进液腔内输送一定压力的射流液体，以使下层进液腔内的射流液体能够从多孔材料的下表面进入其孔隙中，之后穿过孔隙到达上方的上层出液腔内，以在多孔材料的上表面形成流动的液体膜，故而在激光加工机构对多孔材料的加工过程中，这种射流液体由下至上贯穿多孔材料流动的方式可以有效的阻挡激光加工产生的颗粒物落入多孔材料的孔隙中造成堵塞问题，而且能将颗粒物汇聚于上层出液腔，并跟随射流液体迅速排出至散热过滤机构中，同时通过多孔材料底部射流方式可以带走多孔材料激光加工过程中产生的热量，进而减轻甚至避免多孔材料热损伤；携带颗粒物的射流液体经过散热过滤机构冷却和过滤处理后回流至液体循环机构中，循环参与加工流程，提高射流液体的循环利用率。