大连理工大学董志刚获国家专利权
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龙图腾网获悉大连理工大学申请的专利一种超快激光高质高效加工斜孔方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116100170B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-05-05发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211409844.2,技术领域涉及:B23K26/382;该发明授权一种超快激光高质高效加工斜孔方法是由董志刚;鲍岩;马红滨;杨峰;马广义;康仁科设计研发完成,并于2022-11-10向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种超快激光高质高效加工斜孔方法在说明书摘要公布了:本发明提供一种超快激光高质高效加工斜孔方法,通过不同脉冲能量下的烧蚀坑结果计算得出倾斜工件下的多脉冲烧蚀阈值结合不同焦深下的能量密度方程,进一步得到斜面上不同焦深处的烧蚀深度方程;从斜孔的入口、中间及出口阶段设计不同的加工方法和加工参数,各阶段的进给深度通过不同焦深处的烧蚀深度方程以及扫描次数求出。本方法提出理论计算与实际工艺相结合,通过计算斜面上不同焦深处的烧蚀深度方程,建立斜孔加工过程的烧蚀深度预测模型,从而进一步确定斜孔的高质高效加工方法及加工参数,三段式加工,入口、中间及出口三个阶段选取不同的扫描方式和加工参数,可以有效解决斜孔存在孔壁质量较差、工艺稳定性差以及加工效率低等问题。
本发明授权一种超快激光高质高效加工斜孔方法在权利要求书中公布了:1.一种超快激光高质高效加工斜孔方法,其特征在于,包括如下步骤: S1、建立倾斜工件的烧蚀深度预测模型,具体包括在倾角为θ的工件上进行多次脉冲烧蚀实验,通过不同脉冲能量Ep下的烧蚀坑结果计算得出倾斜工件下的多脉冲烧蚀阈值,所述多脉冲烧蚀阈值表示材料去除的临界值,结合不同焦深下的能量密度方程,进一步得到斜面上不同焦深处的烧蚀深度方程; S2、确定斜孔的加工方法及加工参数,具体从斜孔的入口、中间及出口阶段设计不同的加工方法和加工参数,入口阶段:采用较低脉冲能量Ep1、较少扫描次数N1进行螺旋线面扫加工;中间阶段:采用较高脉冲能量Ep2、较多扫描次数N2进行螺旋线面扫加工;出口阶段:采用较低脉冲能量Ep3进行螺旋线加工;各阶段的进给深度通过不同焦深处的烧蚀深度方程以及扫描次数求出; 所述的倾斜工件下的多脉冲烧蚀阈值的计算包括如下步骤: 控制激光在倾斜工件上进行多次脉冲烧蚀实验,通过改变激光单脉冲能量Ep,测量不同激光能量在多脉冲下的烧蚀坑直径D; 高斯光束倾斜横截面内峰值能量密度公式如下: 式中,为表面上的峰值能量密度;N为脉冲数,为束腰半径; 激光烧蚀坑直径与激光能量密度的关系如下: 式中,为烧蚀阈值,由式1、2可推导出多脉冲能量与烧蚀坑直径的关系,公式如下: 根据式3绘制实验数据散点图并做线性拟合,得出多脉冲能量对数与烧蚀坑直径的平方满足线性关系,从而计算出多脉冲烧蚀阈值; 所述的不同焦深下的能量密度方程具体由延径向服从高斯函数分布的能量密度公式和已确定的光斑半径尺寸所确定,即在径向上与光斑中心距离r远处的能量密度由下式确定: 为光斑半径,在聚焦激光系统中,光斑半径会沿光束的传播方向不断变化,中轴线上任意截面呈现双曲线形式,在传播方向与焦点距离z远处的光斑半径由下式确定: 式中,为激光系统的瑞利长度,由下式确定: 式中,为激光波长; 由式4、5、6可得不同焦深下的能量密度方程,公式如下: 所述斜面上不同焦深处的烧蚀深度方程根据激光照射到烧蚀表面每个位置上的理论烧蚀深度能够通过如下对数函数确定,分为负离焦公式和正离焦公式: 式中,Hf、Hb分别表示负离焦与正离焦条件下的烧蚀深度,用于预测在不同离焦状态下的加工深度,为负离焦烧蚀深度系数,为正离焦烧蚀深度系数,为激光能量密度,为多脉冲烧蚀阈值,其中烧蚀深度系数通过正负离焦试验测量烧蚀深度,结合激光能量密度和多脉冲烧蚀阈值求出;激光能量服从高斯分布,不同焦深的加工深度最深是r为0的时候,即中轴线位置是光斑面积内烧蚀深度最深位置,设此深度为不同焦深的烧蚀深度,可简化烧蚀深度方程为:
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