阅读说明：本技术 一种激光超硬材料深雕工艺 (Laser superhard material deep carving process ) 是由 陈聪 陈德贡 李贵林 李国栋 于 2020-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种激光超硬材料深雕工艺,涉及超硬材料加工技术。针对现有技术中激光不能实现深雕的问题提出本方案,通过以下步骤实现：根据待加工工件的尺寸特性,建立三维数据模型；将所述三维数据模型的虚拟位置调整与所述待加工工件一致；将所述三维数据模块切层；根据每层中三维数据模型的被雕刻部分和保留部分计算出激光的走线路径参数；根据所述走线路径参数控制激光对待加工工件逐层雕刻。优点在于,对于超硬材料的雕刻不再受到纵向尺寸的限制,而且也不受加工曲面的形状限制,对于任何开放式的曲面均能快速和准确地进行雕刻。复杂的曲面至少包括弧面、倒角、倒圆、凸台、凹台以及所述各曲面的组合情况,还能实现工件的整体深度减薄。(The invention discloses a laser superhard material deep carving process, and relates to a superhard material processing technology. The method is provided for solving the problem that the laser cannot realize deep carving in the prior art, and is realized through the following steps: establishing a three-dimensional data model according to the size characteristics of a workpiece to be processed; adjusting the virtual position of the three-dimensional data model to be consistent with the workpiece to be processed; cutting the three-dimensional data module into layers; calculating the routing path parameters of the laser according to the engraved part and the reserved part of the three-dimensional data model in each layer; and controlling laser to carve the workpiece to be processed layer by layer according to the routing path parameters. The method has the advantages that the carving of the superhard material is not limited by the longitudinal dimension any more, and is not limited by the shape of the processed curved surface, and the carving can be quickly and accurately carried out on any open curved surface. The complex curved surface at least comprises an arc surface, a chamfer, a radius, a boss and a concave table and the combination condition of each curved surface, and the integral depth thinning of the workpiece can be realized.)

一种激光超硬材料深雕工艺

技术领域

本发明涉及超硬材料加工技术，尤其涉及一种激光超硬材料深雕工艺。

背景技术

由于超硬材料在航空、航天、石材、汽车、电子、矿探开采等多个领域的重要应用地位和其日益增长的生产需求，使得对超硬材料自身的加工技术工艺突破显得尤为迫切。其中，以金刚石为代表的超硬材料更是具有硬度高、耐磨性好、抗压强度高等特性，使得此类材料的表面成型过程极其复杂和艰难，需耗费大量工程时间才能完成，并且不良率高。

传统加工如机械切削、磨削等都是接触式加工，在其加工过程中通过一些加工工具直接作用于材料表面，使工具与材料表面产生挤压的相对运动，从而形成特定的形状。在此过程中加工具具损耗的耗材问题，摩擦压力产生的机械损伤、切削液处理产生的环境污染等不可避免的问题。

电火花属于非接触式热电加工，无切削力，但是其对非导电材料无法加工，特别对于因材料掺杂成份影响金刚石成品质量的情况，越来越多的金刚石在生产过程中不再添加导电材料，从而导致电火花加工不再适用，同时在加工相对复杂曲面形状的工件时速度慢，效率低，耗能高，精加工表面需要多次调整电极尺寸和电参数，对工人技术要求高，另外对于一些有特殊要求产品，传统普通机床电火花无法实现高精度的倒角倒边等特殊需求。

传统激光刻蚀加工，也是非接触加工，其只能雕刻浅表平面形状，但对于需要加工有一定的相对深度和复杂地表曲面形状的工件则无法解决。

因此，针对以上各种加工方式以及一些特殊需求，本方案提供一种激光超硬材料加工工艺，能够精准、高效完成超硬材料减薄、抛光、清洗、大改小、复杂曲面加工以及对传统手段加工的半成品进行二次倒角倒边等加工，解决传统加工过程所产生的不可回避的问题。所述的超硬材料具体包括金刚石复合片。

发明内容

本发明目的在于提供一种激光超硬材料深雕工艺，以解决上述现有技术存在的问题。

本发明所述的一种激光超硬材料深雕工艺，通过以下步骤实现：

根据待加工工件的尺寸特性，建立三维数据模型；

将所述三维数据模型的虚拟位置调整与所述待加工工件一致；

将所述三维数据模块切层；

根据每层中三维数据模型的被雕刻部分和保留部分计算出激光的走线路径参数；

根据所述走线路径参数控制激光对待加工工件逐层雕刻。

所述走线路径参数包括激光的光斑直径，所述光斑直径取值范围为5um-200um。

本发明所述的一种激光超硬材料深雕工艺，其优点在于，对于超硬材料的雕刻不再受到纵向尺寸的限制，而且也不受加工曲面的形状限制，对于任何开放式的曲面均能快速和准确地进行雕刻。复杂的曲面至少包括弧面、倒角、倒圆、凸台、凹台以及所述各曲面的组合情况，还能实现工件的整体深度减薄。

附图说明

图1是本发明所述三维数据模型的结构示意图；

图2是所述三维数据模型被加工部分的切层示意图；

图3是所述三维数据模型其中一层被加工的激光走线示意图；

图4是根据图1的三维数据模型深雕出的对应产品CCD图。

图5是现有加工工艺加工复杂曲面的成品示意图；

图6是利用本发明深雕工艺加工复杂曲面的成品示意图。

具体实施方式

本发明提出一种新的激光加工超硬材料的加工方法，以超硬材料的异形复杂曲面为加工对象，包括对超硬材料减薄、抛光、清洗，直径大改小形成凸台、深雕挖凹台、复杂曲面加工以及对传统手段加工的半成品进行二次倒角倒边等加工。

其实施方案包括如下步骤：

根据待加工材料的尺寸特性，使用三维作图软件建立三维数据模型，如图1所示。

将建立好的三维数据模型导入加工系统，旋转、调节三维数据模型位置与待加工工件相一致。

对确认好位置的三维数据模型进行切层数据设置，选择所需加工层数，如图2所示。切层厚度可以为0.003mm～1mm，一般对于材料表面清洗、抛光，加工层数为三维数据模型最表面的1～2层。对于减薄、直径大改小、复杂曲面加工以及对传统手段加工的半成品进行二次倒角倒边需要待加工部分的所有层数。

根据三维数据模型特点设置激光走线路径和线距间隔。走线路径参数包括走线方式、走线角度选取0°～180°，走线方向和往返性，走线间距在0.003mm～0.2mm可选，如图3所示。其中图3垂直于切层的是激光，切层内的分线是激光走线轨迹。轨迹上有待雕刻部分，激光会在该处输出对应功率；反之，激光会以非雕刻的功率扫过。

将待加工工件放置在激光加工工作空间范围内，同时调整激光焦点位置，使激光焦点在待加工件的最高点加工位置处。

根据不同的加工需求，设置合适的加工参数。一般激光走线速度在100mm/s～10000mm/s之间可选、激光开光延时0～100ms、激光关光延时0～150ms、激光拐角延时0ms～100ms、激光结束延时0ms～150ms、走线跳转速度1000mm/s～10000mm/s、激光线性变换功率在1％～100％之间可选、光斑直径5～200um。

调整待加工工件在工作台位置，使其置于激光正下方，以保证激光走线路线始终覆盖其加工表面。启动激光加工系统对目标工件进行加工，通过电脑数据化处理对激光焦点、激光能量和行走轨迹进行精准控制，使激光在三维空间每个层深的平面上准确走线,可满足对超硬材料的各种深雕需求，加工后得到如图4所示的复杂曲面成品，具有明显的倒角。完成加工流程。

现有的激光刻蚀不能加工较厚尺寸的工件，只能以接触式的方式进行深度的纵向加工。如图5所示的产品，上部的两端分别形成明显的下弧，但是边缘无法形成倒角或倒圆。利用本发明提供的加工方法，先通过相机定位获取需要倒角倒边的特征位置，再通过软件自行旋转调节加工图档角度、位置，可以对图5所示的产品进一步加工得到如图6所示的效果，即得到需要的倒角边缘。

以对超硬材料表面进行清洁为例，由于成品前的工序在超硬材料成型过程中可能会造成表面的异质、异色，通过激光清洁可以有效的去除异质、异色。清洁中模型的加工层数为最表面1～2层，切层较小一般在0.005mm，走线速度较高在5000mm/s以上，激光能量较小，光斑直径200um。

以对超硬材料抛光为例，目的在于增加超硬材料表面的光洁度，减小成品在下道工序中的磨损。和清洁类似，加工层数为最表面1～2层，切层较小一般在0.005mm，走线速度较高在5000mm/s以上，光斑直径150um，抛光后局部粗糙度可降到Ra<0.2um。

当需要对超硬材料减薄、直径大改小、复杂曲面加工等总体上一致，需要对建立模型的待加工所有层数进行选择加工，参数设置依据超硬材料特性而定，一般切层0.005～0.2mm，光斑直径2um，走线速度1000mm/s～10000mm/s，加工后平面度在0.005mm,面型精度0.01mm，倒角精度0.02mm。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。