專利名稱：激光復合切割陶瓷的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及陶瓷制品的制造領域，尤其是一種采用低壓水射流14的激光復合切割陶瓷的裝置及方法。
背景技術：
現有的陶瓷制品坯體的激光切割方法主要采用(C02或Nd:YAG)激光，利用激光的高溫使被照射區的材料瞬間熔化直至氣化，并在強烈沖擊波下爆射式地去除。激光加工具有其顯著特點激光功率密度大，工件吸收激光后溫度迅速升高而熔化或氣化，即使熔點高、硬度大和質脆的陶瓷也可用激光加工；激光頭與工件不接觸，不存在加工工具磨損問題；工件不受應力，不易污染；可以對運動的工件或密封在玻璃殼內的材料加工。但是，這種激光加工方法往往在材料加工表面不可避免存在由于熱應力而產生的微裂紋，以及在加工表面存在重鑄層，從而影響加工產品的合格率和加工質量；另外，激光刻蝕加工過程由蒸發和噴射產生的微顆粒灰塵，也影響了精密器件加工質量和性能。
發明內容
本申請人針對上述現有生產技術中的陶瓷切割方法會產生微裂紋，影響產品加工質量等缺點，提供一種激光復合切割陶瓷的裝置及方法，從而有效的避免在產品表面產生微裂紋的現象，同時減少了熱影響區，切割熱損傷減少，大大提高了加工表面的質量。本發明所采用的技術方案如下
一種激光復合切割陶瓷的裝置，包括工作臺，所述工作臺上固定陶瓷板材，所述陶瓷板材上部設置有與其垂直的激光系統，所述激光系統的激光束射入裝有透鏡的切割頭內，所述切割頭的一側還通入有輔助氣體；所述激光束與輔助氣體通過切割頭同時射向陶瓷板材所需切割區域；所述工作臺的一側還設置有水射流系統，所述水射流系統的結構為包括電機，所述電機連接泵，所述泵的輸入端連接水箱，所述泵的輸出端通過管路連接有噴槍，所述噴槍的頭部安裝噴嘴，所述噴嘴噴出的水射流射向陶瓷板材。作為上述技術方案的進一步改進
所述噴槍的噴嘴噴出的水射流滯后于切割頭所噴出的激光束和輔助氣體，滯后距離a為 1mm-2mm ；
所述輔助氣體為氧氣；
所述輔助氣體的壓力為0. 2 MPa -0. 5MPa ；
所述水射流的壓力小于IObar ；
所述水射流的流速為6cm/s-12cm/s ；
所述陶瓷板材的厚度為0. 8mm-2mm ；
所述泵的一側通過管道連接工作臺，所述管道上設置有過濾器。一種利用上述裝置進行激光復合切割陶瓷的方法，包括以下步驟
第一步選擇陶瓷板材上所需切割的區域； 第二步啟動激光系統，調整合理的激光參數；
第三步利用激光束對陶瓷板材切割區域進行燒蝕，輔助氣體進行吹除，以及水射流同時吹向被燒蝕的區域，同時，工作臺發生移動，與激光束產生相對運動，最終切斷陶瓷板材。作為上述技術方案的進一步改進
所述陶瓷板材經過燒蝕后發生熔化或者氣化。本發明的有益效果如下
本發明結構合理，操作簡便，其只需利用低壓的水射流，有效的避免了水射流壓力過大對沖蝕區切割所產生的損傷，同時低壓水射流的裝置成本低，可以實現高效、低損傷的陶瓷切割加工，產品表面加工質量好，生產效率高。
圖1為本發明的結構示意圖。圖2為本發明操作步驟一的結構示意圖。圖3為本發明操作步驟二的結構示意圖。其中1、工作臺；2、陶瓷板材；3、輔助氣體；4、激光束；5、注射針頭；6、噴嘴；7、噴槍；8、過濾器；9、水箱；10、管路；11、泵；12、電機；13、切割頭；14、水射流。
具體實施例方式下面結合附圖，說明本發明的具體實施方式
。如圖1所示，本實施例的激光復合切割陶瓷的裝置，包括工作臺1，工作臺I上固定陶瓷板材2，陶瓷板材2上部設置有與其垂直的激光系統，激光系統的激光束4射入裝有透鏡的切割頭13內，切割頭13的一側還通入有輔助氣體3 ;激光束4與輔助氣體3通過切割頭13同時射向陶瓷板材2所需切割區域；工作臺I的一側還設置有水射流系統，水射流系統的結構為包括電機12，電機12連接泵11，泵11的輸入端連接水箱9，泵11的輸出端通過管路10連接有噴槍7，噴槍7的頭部安裝噴嘴6，噴嘴6噴出的水射流14射向陶瓷板材
2。噴嘴6的直徑越小越好，成本低，更換方便，可選用醫用注射針頭5。噴槍7的噴嘴6噴出的水射流14滯后于切割頭13所噴出的激光束4和輔助氣體3，滯后距離a為lmm-2mm。輔助氣體3為氧氣。輔助氣體3的壓力為0. 2 MPa -0. 5MPa。壓力較小，避免產生切割損傷。水射流14的壓力小于lObar。壓力較小,避免產生切割損傷。水射流14的流速為6cm/s_12cm/s。陶瓷板材2的厚度為0. 8mm-2mm。泵11的一側通過管道連接工作臺I，管道上設置有過濾器8。有利于水的循環使用，降低成本。如圖1所示，其工作過程中，工作臺I沿著X軸和Y軸方向移動，切割頭13沿著Z軸方向移動。本實施例的利用上述裝置進行激光復合切割陶瓷的方法，包括以下步驟
第一步選擇陶瓷板材2上所需切割的區域； 第二步啟動激光系統，調整合理的激光參數；
第三步利用激光束4對陶瓷板材2切割區域進行燒蝕，輔助氣體3進行吹除，以及水射流14同時吹向被燒蝕的區域，同時，工作臺I發生移動，與激光束4產生相對運動，最終切斷陶瓷板材2。實際使用過程中以切割厚度為Imm的A1203陶瓷材料為例，對本發明的切割步驟進行分析。本發明對Imm的A1203陶瓷材料的加工時，在Nd:YAG固體激光系統中(其最大功率為500W)完成，該系統包括激光器、導光系統、計算機、控制系統(其為現有技術，圖中均未畫出)，此外還配置了水射流14系統，該系統包括電機12、泵11、噴槍7、噴嘴6。其具體實現步驟如下
(1)、如圖1所示，將待切割的Imm的A1203陶瓷板材2固定在工作臺I上；
(2)、啟動激光系統，手動調節激光切割頭光學系統的光學透鏡的位置，使激光束4焦點的光斑大小控制到最小，重置坐標系；
(3)、導入切割圖形，在控制板上調節激光參數，本實施例中調節激光脈沖電流為350A，脈沖寬度為0. 8ms，激光頻率為45Hz，工作臺I水平移動線速度為lmm/s，打開氣閥，設置輔助氣體3壓力為0. 3MPa ；
(4)、在水箱9中加入重量比為10%的KOH(氫氧化鉀)，在水射流14中加入一定的腐蝕性溶劑，可以腐蝕熔融層；打開電機12，調節水的壓力，使噴槍7噴嘴6處水射流14的水流速度為8cm/s ；
(5)、加工過程中，首先利用激光將A1203陶瓷板材2加熱、熔化(甚至氣化)，與此同時，利用水射流14和輔助氣體3將熔化的材料去除，同時迅速冷卻A1203陶瓷板材2 (見圖2和圖3)。通過上述步驟可以方便的完成陶瓷板材2的切割，通過水射流14的設置，提高了可刻蝕速率，提高了產品的表面加工質量。以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的范圍參見權利要求，在本發明的保護范圍之內，可以作任何形式的修改。
權利要求
1.一種激光復合切割陶瓷的裝置，其特征在于:包括工作臺(1)，所述工作臺(I)上固定陶瓷板材(2)，所述陶瓷板材(2)上部設置有與其垂直的激光系統，所述激光系統的激光束(4)射入裝有透鏡的切割頭(13)內，所述切割頭(13)的一側還通入有輔助氣體(3);所述激光束(4)與輔助氣體(3)通過切割頭(13)同時射向陶瓷板材(2)所需切割區域；所述工作臺(I)的一側還設置有水射流系統，所述水射流系統的結構為:包括電機(12)，所述電機(12 )連接泵(11)，所述泵(11)的輸入端連接水箱(9 )，所述泵(11)的輸出端通過管路(IO )連接有噴槍(7 )，所述噴槍(7 )的頭部安裝噴嘴(6 )，所述噴嘴(6 )噴出的水射流(14)射向陶瓷板材(2)。
2.如權利要求1所述的激光復合切割陶瓷的裝置，其特征在于:所述噴槍(7)的噴嘴(6)噴出的水射流(14)滯后于切割頭(13)所噴出的激光束(4)和輔助氣體(3)，滯后距離a 為
3.如權利要求1所述的激光復合切割陶瓷的裝置，其特征在于:所述輔助氣體(3)為氧氣。
4.如權利要求1所述的激光復合切割陶瓷的裝置，其特征在于:所述輔助氣體(3)的壓力為 0.2 MPa -0.5MPa。
5.如權利要求1所述的激光復合切割陶瓷的裝置，其特征在于:所述水射流(14)的壓力小于IObar0
6.如權利要求1所述的激光復合切割陶瓷的裝置，其特征在于:所述水射流(14)的流速為 6cm/s_12cm/s0
7.如權利要求1所述的激光復合切割陶瓷的裝置，其特征在于:所述陶瓷板材(2)的厚度為:0.8mm-2mm。
8.如權利要求1所述的激光復合切割陶瓷的裝置，其特征在于:所述泵(11)的一側通過管道連接工作臺(I)，所述管道上設置有過濾器(8 )。
9.一種利用權利要求1所述裝置進行激光復合切割陶瓷的方法，其特征在于:包括以下步驟: 第一步:選擇陶瓷板材(2)上所需切割的區域； 第二步:啟動激光系統，調整合理的激光參數； 第三步:利用激光束(4)對陶瓷板材(2)切割區域進行燒蝕，輔助氣體(3)進行吹除，以及水射流(14)同時吹向被燒蝕的區域，同時，工作臺(I)發生移動，與激光束(4)產生相對運動，最終切斷陶瓷板材(2)。
10.如權利要求9所述的激光復合切割陶瓷的方法，其特征在于:所述陶瓷板材(2)經過燒蝕后發生熔化或者氣化。
全文摘要
本發明涉及一種激光復合切割陶瓷的裝置及方法，包括工作臺，所述工作臺上固定陶瓷板材，所述陶瓷板材上部設置有與其垂直的激光系統，所述激光系統的激光束射入裝有透鏡的切割頭內，所述切割頭的一側還通入有輔助氣體；所述激光束與輔助氣體通過切割頭同時射向陶瓷板材所需切割區域；所述工作臺的一側還設置有水射流系統，所述水射流系統的結構為包括電機，所述電機連接泵，所述泵的輸入端連接水箱，所述泵的輸出端通過管路連接有噴槍，所述噴槍的頭部安裝噴嘴，所述噴嘴噴出的水射流射向陶瓷板材。本發明只需利用低壓的水射流，成本低，可以實現高效、低損傷的陶瓷切割加工，產品表面加工質量好，生產效率高。
文檔編號B23K26/14GK103071933SQ20131001882
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者袁根福, 陳春映, 王金華, 逄志偉 申請人:江南大學