激光加工微小孔內表面粗糙度的測量
2012-12-19
微小孔的加工一直是機械制造中的一個難點，圍繞這個問題研究人員進行了大量研究。目前可用于加工微小孔的方法有：機械加工、激光加工、電火花加工、超聲加工、電子束加工及復合加工等[1]。有關各種方法可加工的微小孔直徑范圍已有較多的報道，而對于加工所得微小孔側壁粗糙度的研究卻比較少。隨著科學技術的發展和尖端產品的日益精密化、集成化和微型化，微小孔越來越廣泛地應用于汽車、電子、光纖通訊和流體控制等領域，這些應用對微小孔的加工也提出了更高的要求。例如，熔融沉積快速原型機所用噴頭是一個高精度微小孔，不僅要求孔徑大小準確，而且要求孔壁光滑，有利于熔體擠出以及擠出時微小孔流體阻力的準確控制。本文通過對可用于快速原型機噴頭的微小孔側壁粗糙度進行測量，進一步研究該微小孔粗糙度對熔融沉積快速原型機所用噴頭工作質量的影響。本研究結果還可對紡絲、噴墨打印機等其他行業中類似微小孔表面粗糙度的研究提供參考。
(1)使用剖分法可以直接測量激光加工微小孔側壁的表面粗糙度，該粗糙度宜采用輪廓儀測量。
(2)本實驗所得激光加工微小孔側壁的粗糙度數值約在3.2以內，此數值可以作為一般情況下激光加工相近直徑微小孔側壁所能保證的粗糙度范圍。
(3)在采用激光加工微小孔時，孔內絕大多數內表面的粗糙程度均勻，個別地方局部異常的產生原因及出現位置尚需進一步研究。
(4)孔內表面粗糙度最大值的位置難以確定，而最小值未出現在激光打孔時的入口處。
(5)Rｙ的極值基本出現在對應的Rａ處。
來源 電能質量分析儀 http://www.for815.cn/
對于孔深小于1mm的通孔，可以借助放大鏡比較粗略地觀察該孔內壁的粗糙度。本研究采用反射式顯微鏡直接觀察孔口內表面情況，作為實測粗糙度試驗的對照。對于孔深達4mm的微小孔內壁粗糙度，顯然無法用此方法準確測量。由于所測量的微小孔孔徑較小，可控光源無法準確地深入孔內，故無法用光干涉原理的方法測量。若采用直接接觸式測量方法，雖然探頭直徑比微小孔內徑小，但與其連接的后續部分太大，使得探頭無法深入微小孔內部進行直接測量。因此，筆者對微小孔采用剖分法，并用錐度為60°的輪廓儀對剖分后外露的微小孔內表面進行直接測量，以取得準確數據。
微小孔的剖分加工有兩種方法：一種是微小孔加工后再剖切，另一種是在緊密結合的兩塊光滑平板上沿結合縫打孔。由于孔徑微小，加工后剖切應屬薄板切割。此時為取得較高切割精度應使用激光切割。但由于切割光斑直徑較大(如薄板厚為5mm、要求切割速度為1.5m/min時，光斑直徑為0.2mm[6])，與所加工的微小孔直徑接近，切割后所剩余的微小孔內表面太小，難以進行粗糙度測量；同時，為了保護微小孔內壁在剖切時不受飛濺物的影響，通常在剖切前向微小孔內先注入蠟等物質以保護孔內壁，但此時保護物對微小孔內壁粗糙度測量結果的影響無法評估，因此采用這種剖切加工工藝時需非常慎重，以避免測量的困難。鑒于上述原因，本試驗采取第二種微小孔加工方法：加工好兩塊平板，將它們合緊后沿兩板的接觸面打騎縫孔，然后把兩平板分開，直接測量暴露在外的微小孔內表面。采用這種方法測得的微小孔內壁的粗糙度能準確地反映微小孔內表面的實際加工情況。
結論
(1)使用剖分法可以直接測量激光加工微小孔側壁的表面粗糙度，該粗糙度宜采用輪廓儀測量。
(2)本實驗所得激光加工微小孔側壁的粗糙度數值約在3.2以內，此數值可以作為一般情況下激光加工相近直徑微小孔側壁所能保證的粗糙度范圍。
(3)在采用激光加工微小孔時，孔內絕大多數內表面的粗糙程度均勻，個別地方局部異常的產生原因及出現位置尚需進一步研究。
(4)孔內表面粗糙度最大值的位置難以確定，而最小值未出現在激光打孔時的入口處。
(5)Rｙ的極值基本出現在對應的Rａ處。
來源 電能質量分析儀 http://www.for815.cn/
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