多场耦合的激光电解复合抛光装置及抛光方法与流程

本发明涉及超精密抛光，更具体的说涉及多场耦合的激光电解复合抛光装置及使用该装置实现的抛光方法。

背景技术：

1、激光抛光和电解抛光是两种常见针对硬脆材料的表面抛光技术，被广泛应用于制造业、电子元器件生产和医疗器械制造等领域。激光抛光利用激光束对材料表面进行照射，实现表面的精细加工。电解抛光则是将工件浸泡在电解液中，通过电流引发的电解反应来优化表面质量。

2、尽管激光抛光和电解抛光在表面处理中取得了显著进展，但在实际应用中仍存在一些问题。传统的激光抛光在抛光过程中激光照射区域和附近的未照射区域之间会存在显著的温差，从而会产生剪切应力，影响晶体生长，导致材料内部出现缺陷，影响材料整体性能。电解抛光适用于粗抛后的精抛加工，但是在抛光过程中可能存在电解质的不均匀分布和对复杂形状工件的适应性不足的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足之处，本发明提供了多场耦合的激光电解复合抛光装置以及采用该装置实现的激光电解复合抛光方法。本发明技术方案通过结合磁场和超声辅助技术，改进激光和电解抛光工艺，以克服传统方法中存在的热损伤、表面不均匀和形状适应性不足等缺陷，通过在抛光过程中引入磁场和超声波，显著提升抛光效率、优化表面质量，同时降低能耗，实现对硬脆材料的高效、高质量的抛光加工；此外，本发明技术方案中，抛光装置集成了激光抛光模块、磁场辅助模块、电解抛光模块、超声辅助模块和工件夹持转移模块，加工时，先利用激光抛光进行粗加工，再利用电解抛光进行精加工，抛光后工件表面精度高，且整个抛光过程，工件只需装夹一次，操作方便，且有利于提高加工效率。

2、对于装置，本发明的技术方案如下：

3、多场耦合的激光电解复合抛光装置，包括激光抛光模块、磁场辅助模块、电解抛光模块、超声辅助模块和工件夹持转移模块；所述激光抛光模块的激光发射单元设于所述工件夹持转移模块的一侧上方，对应的，所述电解抛光模块设于所述工件夹持转移模块的另一侧下方；所述工件夹持转移模块包括工件夹具和夹具驱动机构，所述工件夹具用于夹持待加工的工件，所述夹具驱动机构能将工件夹具从激光抛光模块的激光发射单元下方转移至电解抛光模块中，从而可以在工件完成激光抛光后，对工件进行电解抛光；所述激光发射单元和所述工件夹具能够相对移动，使激光束的加工区域覆盖工件的待加工表面；所述磁场辅助模块对应设于激光抛光模块的激光发射单元下方，进行激光抛光时，利用磁场产生的洛伦兹力阻碍工件表面产生剪切应力，促进晶体形核，使得熔池在凝固后的晶粒更加细化，抑制工件表面粗糙度扩大；所述超声辅助模块用于向电解抛光模块传递超声振动。

4、与现有技术相比，本发明的多场耦合的激光电解复合抛光装置中集成了激光抛光模块、磁场辅助模块、电解抛光模块、超声辅助模块和工件夹持转移模块，磁场辅助模块能够产生磁场，进而利用磁场产生的洛伦兹力阻碍工件表面的熔池流动，促进熔池在凝固过程中晶体形核，使得凝固后的晶粒更加细化，抑制工件表面粗糙度扩大，有效提高激光抛光的质量，超声辅助模块能够向电解液传播超声振动，使电解质能够更均匀的分布于工件表面，有效提高电解抛光的均匀性，尤其适合复杂形状的表面抛光需求；各模块协同工作，抛光时，先对工件进行激光抛光完成粗加工，然后转移到电解抛光模块中进行电解抛光，实现精加工，加工精度和效率有效提高，且加工过程工件只需装夹一次，易于操作，同时也有利于提高加工效率。

5、作为优化，前述的多场耦合的激光电解复合抛光装置中，所述激光抛光模块包括激光发生器、光纤和激光准直器，工作时，由激光发生器产生激光，通过光纤将激光传导到激光准直器，再利用激光准直器获得准直激光光束。激光抛光模块采用上述配置，易于实施。进一步，为了方便调节，所述激光准直器安装于两轴滑台模组的滑台上，可以在左右方向上和上下方向上移动。

6、作为优化，前述的多场耦合的激光电解复合抛光装置中，所述磁场辅助模块包括沿竖向设置的电磁铁，工作时，所述电磁铁可以调节磁场强度。利用电磁铁产生磁场，易于实施，且可以根据需要控制磁场强度，满足不同的工艺要求。

7、作为优化，前述的多场耦合的激光电解复合抛光装置中，所述电解抛光模块包括电解槽、槽盖、阴极孔、工件插入口、阴极棒和电解液，所述槽盖与电解槽配套使用，所述阴极孔和工件插入口均设于槽盖上，所述阴极棒从阴极孔插入电解槽中与电解液接触；所述槽盖上还设有阳极触头，所述工件夹持转移模块将工件转移至电解槽内后，所述阳极触头与工件实现电性连接。电解抛光模块采用上述配置，阳极触头能与工件自动实现电性连接，无需人工接线，有利于提高加工效率。

8、作为优化，前述的多场耦合的激光电解复合抛光装置中，所述超声辅助模块包括超声发生器和超声波换能器，工作时，由超声波换能器将超声发生器产生的能量转化成机械能再传递给电解液。超声辅助模块采用上述方式设置具有易于实施特点。进一步，为方便实施，所述电解槽的底部可以与超声波换能器抵接。

9、作为优化，前述的多场耦合的激光电解复合抛光装置中，所述夹具驱动机构包括第一电动推杆、电动转盘和第二电动推杆，所述电动转盘设于第一电动推杆的推杆前端，所述第二电动推杆设于电动转盘的转动盘上；所述工件夹具设于第二电动推杆的推杆前端；所述第一电动推杆用于驱动工件夹具在前后方向上移动，所述电动转盘用于驱动工件夹具转动进行工位切换，所述第二电动推杆用于驱动工件夹具在左右方向上移动。夹具驱动机构采用上述结构，易于制造的同时，方便上下料，且可以通过控制夹具前后、左右移动使激光束覆盖待加工表面。进一步，所述磁场辅助模块设于直线滑台模组的滑台上，可以在前后方向上移动。由此，可以控制磁场与工件同步前后移动。

10、对于抛光方法，本发明的技术方案如下：

11、多场耦合的激光电解复合抛光方法，该方法利用前述本发明的多场耦合的激光电解复合抛光装置实现，包括如下步骤：

12、i、将待加工工件装夹于工件夹具上，控制夹具驱动机构工作使工件夹具位于激光抛光模块的激光发射单元下方；

13、ii、开启激光抛光模块，对工件进行激光抛光，激光抛光过程中，控制激光发射单元和工件夹具相对移动，使激光束的加工区域覆盖工件的待加工表面；

14、iii、激光抛光完成后，控制夹具驱动机构工作，将工件夹具转移至电解抛光模块中，进行电解抛光，电解抛光完成后，再控制夹具驱动机构工作，使工件夹具从移出电解抛光模块中移出，取下加工完成的工件。

15、与现有技术相比，本发明的方法采用前述本发明的激光电解复合抛光装置按照特定的步骤进行抛光加工，加工效率高，质量好，且整个过程只需一次装夹，易于操作，有利于产业上推广。

技术特征：

1.多场耦合的激光电解复合抛光装置，其特征在于：包括激光抛光模块(1)、磁场辅助模块(2)、电解抛光模块(3)、超声辅助模块(4)和工件夹持转移模块(5)；

2.根据权利要求1所述的多场耦合的激光电解复合抛光装置，其特征在于：所述激光抛光模块(1)包括激光发生器(101)、光纤(102)和激光准直器(103)，工作时，由激光发生器(101)产生激光，通过光纤(102)将激光传导到激光准直器(103)，再利用激光准直器(103)获得准直激光光束。

3.根据权利要求2所述的多场耦合的激光电解复合抛光装置，其特征在于：所述激光准直器(103)安装于两轴滑台模组(104)的滑台上，可以在左右方向上和上下方向上移动。

4.根据权利要求1所述的多场耦合的激光电解复合抛光装置，其特征在于：所述磁场辅助模块(2)包括沿竖向设置的电磁铁(201)，工作时，所述电磁铁(201)可以调节磁场强度。

5.根据权利要求1所述的多场耦合的激光电解复合抛光装置，其特征在于：所述电解抛光模块(3)包括电解槽(301)、槽盖(302)、阴极孔、工件插入口(304)、阴极棒(305)和电解液，所述槽盖(302)与电解槽(301)配套使用，所述阴极孔和工件插入口(304)均设于槽盖(302)上，所述阴极棒(305)从阴极孔插入电解槽(301)中与电解液接触；所述槽盖(302)上还设有阳极触头(303)，所述工件夹持转移模块(5)将工件转移至电解槽(301)内后，所述阳极触头(303)与工件实现电性连接。

6.根据权利要求1所述的多场耦合的激光电解复合抛光装置，其特征在于：所述超声辅助模块(4)包括超声发生器(401)和超声波换能器(402)，工作时，由超声波换能器(402)将超声发生器(401)产生的能量转化成机械能再传递给电解液。

7.根据权利要求6所述的多场耦合的激光电解复合抛光装置，其特征在于：所述电解槽(301)的底部与超声波换能器(402)抵接。

8.根据权利要求1所述的多场耦合的激光电解复合抛光装置，其特征在于：所述夹具驱动机构(502)包括第一电动推杆(5021)、电动转盘(5022)和第二电动推杆(5023)，所述电动转盘(5021)设于第一电动推杆(5021)的推杆前端，所述第二电动推杆(5023)设于电动转盘(5021)的转动盘上；所述工件夹具(501)设于第二电动推杆(5023)的推杆前端；所述第一电动推杆(5021)用于驱动工件夹具(501)在前后方向上移动，所述电动转盘(5021)用于驱动工件夹具(501)转动进行工位切换，所述第二电动推杆(5023)用于驱动工件夹具(501)在左右方向上移动。

9.根据权利要求8所述的多场耦合的激光电解复合抛光装置，其特征在于：所述磁场辅助模块(2)设于直线滑台模组的滑台上，可以在前后方向上移动。

10.多场耦合的激光电解复合抛光方法，其特征在于：

技术总结本发明提供了多场耦合的激光电解复合抛光装置以及采用该装置实现的激光电解复合抛光方法。多场耦合的激光电解复合抛光装置，包括激光抛光模块、磁场辅助模块、电解抛光模块、超声辅助模块和工件夹持转移模块。本发明技术方案通过结合磁场和超声辅助技术，改进激光和电解抛光工艺，以克服传统方法中存在的热损伤、表面不均匀和形状适应性等缺陷，通过在抛光过程中引入磁场和超声波，显著提升抛光效率、优化表面质量，同时降低能耗，实现对硬脆材料的高效、高质量的抛光加工；本发明技术方案中，先利用激光抛光进行粗加工，再利用电解抛光进行精加工，抛光后工件表面精度高，且整个抛光过程，只需装夹一次，操作方便，且有利于提高加工效率。技术研发人员：陈泓谕,焦彦平,吴锚喜,朴钟宇,殷玉明受保护的技术使用者：浙江金洲激光科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13