激光原位辅助透明金刚石压头印压成孔装置及方法

摘要

本发明涉及激光原位辅助透明金刚石压头印压成孔装置，包括硬基底、对应置于硬基底上部且轴向开设有内通孔的刀柄、固定于刀柄一端的透明金刚石压头，所述刀柄另一端通入穿过内通孔及透明金刚石压头、聚焦在透明金刚石压头底部的内嵌式光纤激光。本发明了还提供了激光原位辅助透明金刚石压头印压成孔的方法。本发明基于金刚石超硬、超尖的机械印压作用，辅以原位激光辅助热应力作用，既可以实现大尺度的锥孔成形，也可以实现大深径比的单侧超微孔成形，加工质量高。

说明书

技术领域

本发明涉及材料微孔、超微孔加工技术领域，具体是涉及激光原位辅 助透明金刚石压头印压成孔装置及方法。

背景技术

目前材料微孔、超微孔的加工方法很多，如机械加工法、特种加工法 和复合加工法等，但是针对大厚度材料的微孔加工技术仍然面临很多技术 问题，加工尺度受限，难以实现大深径比、难加工材料的微孔加工技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光原位辅助透明金刚石压头印压成孔装 置，还提供了一种激光原位辅助透明金刚石压头印压成孔方法，用于解决 上述不足。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：激光原位辅助透明 金刚石压头印压成孔装置，包括硬基底、对应置于硬基底上部且轴向开设 有内通孔的刀柄、固定于刀柄一端的透明金刚石压头，所述刀柄另一端通 入穿过内通孔及透明金刚石压头、聚焦在透明金刚石压头底部的内嵌式光 纤激光。

在上述方案基础上优先，所述内通孔位于刀柄中心位置。

在上述方案基础上优先，所述透明金刚石压头为圆锥体状结构。

在上述方案基础上优先，所述透明金刚石压头钎焊于刀柄上。

激光原位辅助透明金刚石压头印压成孔的方法，包括：

(1)制作刀具：在带有内通孔的刀柄一端钎焊透明金刚石压头；

(2)通入光纤激光：往刀柄的内通孔通入内嵌式光纤激光，使激光经 刀柄、透明金刚石压头在透明金刚石压头底部聚焦；

(3)工件放置：将待加工工件放置于一定厚度一定面积的硬基底上， 形成工件的底部约束和支撑作用；

(4)加工作用：根据工件成孔需要，调节相关工艺参数；在激光的原 位作用下，相对待加工工件表面竖直下压透明金刚石压头；利用材料的改 性作用，在硬基底的复合作用下使待加工工件印压成孔。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明提出了一种通过激 光原位辅助透明金刚石压头对难加工材料进行大深径比孔成形的印压加工 装置及方法，基于金刚石超硬、超尖的机械印压作用，辅以原位激光辅助 热应力作用，既可以实现大尺度的锥孔(盲孔)成形，也可以实现大深径 比的单侧超微孔(通孔)成形，加工质量高。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中标号为：1-光纤激光，2-刀柄，21-内通孔，3-透明金刚石压头， 4-待加工工件，5-硬基底。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便 于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1可知，激光原位辅助透明金刚石压头印压成孔装置，包括硬 基底5、对应置于硬基底5上部且中心轴向开设有内通孔21的刀柄2、钎 焊于刀柄2一端的圆锥体状的透明金刚石压头3，所述刀柄2另一端通入穿 过内通孔21及透明金刚石压头3、聚焦在透明金刚石压头3底部的内嵌式 光纤激光1。

其加工方法，包括：

(1)制作刀具：在带有内通孔21的刀柄2一端钎焊透明金刚石压头3； 透明金刚石压头3钎焊部位保证透明，焊料不堵塞刀柄2内通孔21结合部。

(2)通入光纤激光：往刀柄2的内通孔21通入内嵌式光纤激光1，使 激光经刀柄2、透明金刚石压头3在透明金刚石压头3底部聚焦；

(3)工件放置：将待加工工件4放置于一定厚度一定面积的硬基底5 上，形成工件的底部约束和支撑作用；

(4)加工作用：根据工件成孔需要，调节相关工艺参数；在激光的原 位作用下，相对待加工工件表面竖直下压透明金刚石压头3；利用材料的改 性作用，在硬基底5的复合作用下使待加工工件4印压成孔。

在透明金刚石压头3的刀柄2内通孔21内通入内嵌式光纤激光1，激 光透过透明金刚石压头3在其底部聚焦，具体聚焦性能与激光参数、透明 金刚石压头的几何参数、材料参数等有关。将待加工工件4放置于硬基底5 支撑物上，再将所形成的激光原位辅助透明金刚石压头对准待加工工件进 行竖直印压。在下压过程中，根据聚焦激光和待加工工件的相互作用关系， 确定压头的停顿时间，以利于待加工工件4充分吸收激光能量而达到内部 组织和材料力学性能改变的目的。当压头继续深入时，可有效利用材料的 改性作用，在硬基底5的复合作用下使待加工工件4有效成孔。具透明金 刚石压头的下压量和成孔大小根据成孔所需，通过调节上面所涉及的工艺 参数而定。

本发明提出了一种通过激光原位辅助透明金刚石压头对难加工材料进 行大深径比孔成形的印压加工装置及方法，基于金刚石超硬、超尖的机械 印压作用，辅以原位激光辅助热应力作用，既可以实现大尺度的锥孔(盲 孔)成形，也可以实现大深径比的单侧超微孔(通孔)成形，加工质量高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。